附加自由曲面构造框架及其有效性维护的研究*

在对HUST-CAID(哈尔滨理工大学计算机辅助工业造型设计)系统进行研究的基础上,首先引入了自由曲面特征,然后结合HUST-CAID系统定义了自由曲面特征的分类和参数化,应用这种分类和参数化的方法创建了一个自由曲面特征,提出了一种基于FFDP配置的附加自由曲面特征的构造框架。此框架可以使自由曲面整体模型的构造完全参数化。最后建立了基于这个框架构造的自由曲面附加特征的有效性维护机制,从而达到对自由曲面附加特征进行有效性维护的目的。     

自由曲面特征的定义与识别技术的研究

结合自主开发的HUST-CAID（哈尔滨理工大学计算机辅助工业造型设计）系统的特点,引入自由曲面特征,给出了自由曲面特征的参数化定义,并在此基础上对自由曲面特征识别进行研究,先是给出自由曲面特征识别的定义,接着提出了基于曲线的特征识别的算法。该方法将基于曲线的特征以二维参数的形式给出定义,使其能在二维平面上研究,通过重构特征的剖面模板库,从而利用目标特征与模板特征匹配实现了特征识别。     

基于特征造型的自由曲面特征及约束求解的研究

在对HUST-CAID（哈尔滨理工大学计算机辅助工业造型设计）系统进行研究的基础上，首先引入了自由曲面特征。然后结合HUST—CAID系统定义了自由曲面特征的分类和参数化，同时系统为用户提供了一组适当的参数，使用户能够直观的设计任意曲面，而不必参与曲面的底层设计。当用户修改参数时，系统就会自动提供相应的反馈。为了求解出与约束一致的图形，还给出了一种新颖的原型驱动约束求解算法，并在HUST—CAID系统中进行了仿真实验，结果显示，此算法能够有效地简化约束求解和特征造型的过程。     

自由曲面对象族研究

传统的边界表示方式导致自由曲面特征仅包含几何信息,很显然这种表达方式是很低效的。为此提出了一种有效描述自由曲面特征的新方法,该方法基于陈述式的对象族模型构建自由曲面对象族,使自由曲面具有高层次的语义信息,可以保证自由曲面特征无缝地融合到模型中去,同时满足自由曲面特征与其他特征间的约束关系。通过约束定义自由曲面特征具有的语义信息,在建模过程中功能属性被很好地维护,实现了对自由曲面特征在参数化层次上的描述,并证明了其可行性。     

层次参数化的自由曲面特征表示与实现

为了解决自由曲面特征参数化问题,提出一种自由曲面特征参数分层实现框架.采用从高层到底层、从整体到局部的分层思想,将自由曲面特征的参数及映射关系划分为"3层参数和2级映射"结构来定义曲面特征,即高层语义参数表示整体形状,中间层参数表示特征线和底层参数表示细节形状,并在各层参数间建立映射和约束关系;同时支持设计者用Scheme命令快速实例化曲面特征.该方法避免了传统方式中由高层特征参数到底层数据间直接的复杂映射关系,且方便了曲面特征的实例化.实验结果表明,文中方法使得设计者能够从特征语义层直观地编辑修改自由曲面特征,是一种有效的自由曲面特征参数化表示和实现方法.     

自由特征模型参数化研究

为了更高效直观地对自由特征形状进行建模,对自由特征形体及自由特征定义点进行参数化,提出了一种通过封装参数和约束创建自由特征体特征的方法。在自由特征形状的定义中,建立数值参数和最终特征形状几何属性的映射关系。在轨迹线上提取特征定义点,在各点处建立横截面,对横截面进行蒙皮和扫掠运算,生成和基曲面无缝连接的自由形状体特征。     

带自由曲面的三视图重建算法研究

针对蕴含自由曲面的三视图,提出了通过恢复边界线和轮廓线进而根据这些恢复 的空间曲线重建自由曲面的算法。首先分析并证明了自由曲面在三视图中的投影性质,从而提 出边界投影和轮廓投影的匹配算法。针对视图中存在的被打断的样条曲线,提出了分段样条曲 线的爬坡算法来解决此类曲线不能匹配的问题。然后基于投影匹配序列重建出自由曲面的边界 线,再由边界投影上的点和轮廓投影端点的对应关系重建出空间轮廓线。由轮廓线等参采样构 造截面线并和边界线一起蒙皮生成最终自由曲面。本文提出的算法扩展了工程图的重建域。     

自由曲面特征模型中的数值和曲线参数*

成功的特征模型系统,在很大程度上取决于是否能给用户提供友好的方式来指定和改变特征模型,针对这一点,给出了两个新的功能：a）利用数值参数和曲线参数来指定和改变自由曲面特征模型;b）除了特征模型中现有的参数,其他参数可以添加到特征模型,包括特征之间的交叉曲线。为了提供这些功能,提出了一个新的三个层次的结构,最高层次为不可估计模型,最低层次为可评估的模型,中间层次为部分评估模型,后者链接最高层次的特征和最低层次的几何模型,并且也提供了最高层次和最低层次几何模型中的特征定义的交互。     

基于区域分割的三维自由曲面相似性评价算法

为了在工程应用中检索已有的三维CAD模型,以便重用相应零件的设计信息,节省设计和加工成本,提出一种基于曲面分割技术的CAD自由曲面相似性评价算法.依据曲面的曲率将自由曲面分割成具有相对固定曲率特征的不同区域;对每个分割得到的区域用一个7维向量表达其形状的几何特征和拓扑特征,一个自由曲面形状特征即可通过各分割区域所对应的7维向量组成的向量组表达;将该向量组作为自由曲面的形状描述子,2个自由曲面的相似性可通过相对应的形状描述子间的相似性表达.在评价2个曲面形状描述子的相似性时,将描述子中的每个向量看成是一个带有属性的节点,2个形状描述子所对应的2组属性节点可看成是一个二分图,2组属性节点间相应节点距离看成是二分图的权值,并利用赋权二分图最优匹配的算法求出2组属性节点的相似性,实现2个自由曲面之间的相似性评价.实验结果表明,该算法是有效、可行的.     

一种三角网格模型的轮廓生成方法

从三维网格模型中提取轮廓信息是一个具有挑战性的过程。现有的方法一般是基于局部形状特征 分析,如曲面的曲率和相邻面法向之间的夹角,但其特性通常对模型中的局部特征变化敏感。为了解决这个问题, 提出一种基于三维形状几何近似的轮廓提取方法。利用完善的变分几何分割算法来得到一套完整的描述性特征曲 线,首先基于变分几何近似方法划分模型为若干分片;其次提取所有分片的内部特征曲线,并过滤较短的特征曲 线;然后将分片的边界曲线平滑化;最后合并分片边界曲线与特征曲线,并延伸曲线得到闭合的轮廓。该方法的 优点是：在几何近似的基础上结合特征提取方法,使轮廓能够体现三维形状的全局结构。通过在各类网格模型上 进行实验和比较表明,该方法在提取模型轮廓的正确性和完整性方面优于现有方法。     

基于细胞元的语义特征造型系统边界重构方法

针对现存的特征造型系统中造型重构时间过长的问题,利用细胞元表示方法来表示特征造型,提出了一种独立于历史的边界重构方法,经过在自主开发的HUST-CAID系统上的实际运行,减少了造型重构的时间,从而提高了系统运行的速度。     

基于特征的参数化建模技术在HUST-CAID系统中的应用

针对HUST-CAID系统中由于模型组织不合理而导致特征创建、特征求解和修改效率不高的问题,该文依据参数化技术有利于提高建模设计效率的思想,将基于特征的参数化建模技术引入HUST-CAID系统中,并对原有特征求解技术进行优化。使系统在数控机床设计中取得了良好的效果。     

Creation of user-defined freeform feature from surface models based on characteristic curves

This paper proposes a novel method for the creation of user-defined freeform feature (UDFFF) from existing surface model. The developed methodology has four major steps: selecting the region of interest (ROI), obtaining the characteristic curves from the surface model, reconstructing the ROI surface, and parameterizing the UDFFF. To quickly create UDFFF on the ROI, the representation of freeform feature based on characteristic curves is proposed. First, the characteristic curves of ROI are obtained automatically or by a small amount of human–computer interaction. In particular, user can directly and easily draw the curves on surface to satisfy the designer's requirements. Second, from the set of characteristic curves that is obtained, freeform surface is reconstructed by a suitable surface generation method, e.g., sweeping, revolving, skinning, and filling. Finally, parameterization of the freeform feature is configured, which primarily involves establishing parameters and building the mappings between feature parameters and shape data. Moreover, according to the degrees of freedom, two types of parameterization of freeform features may be described: one (low degrees of freedom) can be accurately described by the characteristic curves and the other (high degrees of freedom) can be approximated with these curves. The proposed UDFFF creation method has been tested with examples based on the surface models. Experience with our prototype system indicates that it allows untrained users to create UDFFFs from the surface models.     

基于层次B样条的自由形状特征重用

借助层次B样条技术提出了一种自由形状特征的重用算法.首先利用低通滤波和泊松方程对源曲面上特征区域进行基面与细节特征的分离操作,求得基面与特征之间的偏移矢量场;然后利用平面参数化将偏移矢量场应用到目标曲面上完成特征重构;最后借助层次B样条技术优化重用结果.实验结果表明,该算法能够有效地完成自由形状特征的重用.     

基于特征线的三维服装部件参数化造型

基于特征线的服装三维造型方法有诸多优点,但是现有服装模型并不能很好地支持服装参数化设计.为此将参数化造型方法引入三维服装部件造型中,以得到参数化的服装部件.基于光顺人体模型,依据服装部件特点设计服装特征线,将特征线分为截面环和轮廓线,依次通过截面环和轮廓线的生成与调整、特征线综合调整和特征线添加约束3个步骤,得到服装特征线框架;并对该框架利用曲面插值方法得到服装曲面模型.实例结果表明,文中方法功能强大、方便灵活.     

基于顾客需求特征的眼镜产品配置设计研究

基于顾客的脸形特征,面向产品的个性化设计需求,提出了采用参数化建立眼镜结构单元库和变型设计。利用顾客头部的正侧面照片合成人脸的三维模型并提取脸形特征参数,根据脸形特征参数构建顾客需求矩阵,基于顾客需求特征与眼镜产品结构单元之间的映射关系,提出了需求特征匹配算法。最后,给出了网络环境下由顾客、经销商和设计人员协同参与的眼镜配置设计系统的框架结构。     

自由特征模型约束求解研究*

在对自由特征模型参数化基础上,提出一种约束求解的新方法。该方法对自由特征形体定义点进行参数化,建立几何约束图,将约束问题分解为三角形约束和四面体约束两大类,分别进行求解,定义手向性规则,利用该规则将子问题组合为全局解。在自主开发的HUST-CAIDS（哈尔滨理工大学计算机辅助工业设计系统）中实现了本算法,并得到满足设计者需求的模型。