基于点约束的车身网格曲面变形算法研究

网格曲面变形技术是计算机图形学中网格模型处理的关键技术,提出了利用B样条基函数作为变形参考曲线、采用多分辨率技术、基于点约束的车身网格曲面变形算法,该算法借助OpenGL平台,通过Visual C++6.0编程实现,算法应用实例表明该算法稳定可靠,变形后模型整体光顺性较好,有利于车身外表面的重构。     

基于Bézier曲面的车身A级曲面反求算法

传统的Bézier曲面控制顶点的反求算法在型值点的参数值为0时,计算公式中会出现分母为0的情况,导致程序的计算结果不准确.通过对型值点的参数化值进行分类讨论,将参数值为0的型值点单独处理,改进了mχn次Bézier曲面控制顶点的反求算法.实例验证,改进后的算法得出的控制顶点结果准确,生成的曲面满足A级曲面的光顺性要求.     

两类带两个形状参数的三角Quasi-Bézier曲面

构造了两种定义在三角域上带两个形状参数的二元Quasi-Bernstein基函数.与之相应的两类三角Quasi-Bézier曲面其性质与传统的三角Bézier曲面相仿.当形状参数取某些特定值时,三角Quasi-Bézier曲面就退化为三角Bézier曲面.在控制顶点固定时,三角Quasi-Bézier曲面的外形可以通过改变形状参数的值来进行调整.两个形状参数几何意义明显,便于操作,其中一个在3条边界曲线固定后仍能够调整曲面的外形.数值实例表明了这两类三角Quasi-Bézier曲面在调整外形时的有效性与便捷性.     

三角网格曲面高精度刀轨快速生成算法

提出一种三角网格曲面刀轨生成算法,该算法引入R*-tree索引结构并对其进行改进,建立三角网格曲面的三维空间索引结构,快速获取局部型面参考数据并分析其微分几何性质,基于局部型面1阶连续约束条件,采用抛物线逼近网格边界,实现三角网格曲面精度补偿,对网格边界曲线与刀轨截面求交获取刀位数据,对其排序生成刀轨,实例表明该算法数据适应性强,生成数控加工刀轨精度高,算法运行速度快.     

三角网格曲面高精度刀轨快速生成算法

提出一种三角网格曲面刀轨生成算法,该算法引入R*-tree索引结构并对其进行改进,建立三角网格曲面的三维空间索引结构,快速获取局部型面参考数据并分析其微分几何性质,基于局部型面1阶连续约束条件,采用抛物线逼近网格边界,实现三角网格曲面精度补偿,对网格边界曲线与刀轨截面求交获取刀位数据,对其排序生成刀轨,实例表明该算法数据适应性强,生成数控加工刀轨精度高,算法运行速度快。     

三角网格细分曲面数控加工刀轨快速生成算

提出了一种基于三角网格细分曲面模型的刀轨生成算法,建立三角网格细分曲面模型的空间聚类索引结构,基于该结构实现网格模型与刀轨截面快速、精确求交获取刀触点集,并根据刀触点对应曲面位置处的微分几何性质确定刀位点,采用最小生成树算法对刀位点集排序生成刀轨.实例证明,该算法可有效提高复杂曲面模型的刀轨生成效率及精度.     

一种基于车身曲面重建的三角网格曲面参数化方法

三角网格曲面的参数化是车身曲面重建过程中的一个重要环节。三角网格曲面参数化是一个由3D到2D的可逆变换,可将对三角网格曲面的操作转化为对二维平面网格的操作,这样就大大地减小了应用操作的复杂性。在车身曲面重建的基础上研究了一种既保角又保面积的参数化方法,并判断其是否适应于车身曲面重建过程中的三角网格参数化。通过VC6.0编程结合UG软件为平台,应用车身实例来实现这种参数化方法的算法。     

四次带参广义Bézier曲面构造与光滑拼接技术

基于一组带参数的四次广义Bernstein基函数,构造了一种带多形状参数λ、γi的四次广义Bézier曲面,该曲面不仅保留了传统Bézier曲面的性质,而且具有优良的形状可调性,同时还以四次Bézier曲面为其特殊情形;其次,详细分析了该曲面的一些基本性质,以及讨论了该曲面的一些特殊退化曲面的构造;最后,为了解决造型设计中复杂曲面难以用单一曲面表示的问题,进一步研究了该曲面的拼接技术,推导了两相邻四次带参广义Bézier曲面片间G1和G2光滑拼接的几何条件,并给出了具体的拼接步骤与几何造型实例。实例结果表明,所提方法不仅简单有效且易实现,可应用于工程复杂曲面的构造与外形设计中。     

轴流式水轮机叶片曲面重构技术

详细讨论了散乱点云数据采集、点云数据的预处理、点云三角化、采用NURBS为基础的曲面重构方法以及曲面光顺与精度检测等方面内容,为具有自由曲面特征的叶片类部件提供了曲面重构流程.针对基于散乱数据的轴流式水轮机叶片外形曲面重构问题,在阐述模型重构过程基本理论的基础上,根据曲面特征进行区域分块,提出了基于流线和轴面截线构造矩形域曲面片的方法,获得了符合设计要求的叶片实体模型.研究结果表明：该方法重构的数字化模型具有良好的光顺性和精确性,为后续作业奠定了基础,为逆向工程技术应用于流体机械行业提供了客观依据.     

三角网格曲面环形刀五轴加工宽行距刀具路径生成方法

针对三角网格曲面五轴数控加工中普遍使用的截平面法加工行距较窄、加工效率较低的问题，提出一种可变行距的宽行加工刀具路径生成方法。首先，以三角网格数据重构为基础，提出一种基于KdTree网格区域划分的求交算法，实现了网格数据点的快速获取；然后，分析环形刀及三角网格曲面的几何特性，在无曲率干涉条件下提出通过改变侧倾角并优化前倾角使刀具有效切削半径最大化的方法，获得以加工行距最大化为优化目标的最佳刀具倾角组合；最后，结合三角网格曲面的特性建立一种环形刀刀具离散模型，并提出了相应的干涉检测与修正方法。仿真实验表明，在相同加工条件下，本文加工行距优化方法较现有方法明显增大了加工行距、提高了加工效率，而且所提出的刀具干涉与修正处理方法能有效避免局部刀底干涉及全局刀杆干涉现象的发生。     

面向曲面品质分析的曲面离散技术

曲面品质分析是车身开发过程中必不可少的一步,准确的曲面品质分析需要高质量的曲面离散网格,提出了一种新的面向曲面品质分析的裁剪参数曲面离散技术。该方法在单张曲面离散时考虑曲面局部不光顺区域的存在;充分利用曲面边界信息查找两曲面公共边界上的网格;在两曲面网格边界缝合时,直接以公共边界上网格数少的曲面网格为基准,另一曲面网格根据边界网格连接的需要,按照一定规则进行网格顶点替代和网格删除,以实现高效率、高质量、面向曲面品质分析曲面离散,最后以实例验证了算法的有效性。     

基于曲面分区的多道次数控渐进成形轨迹生成

为实现含有直壁等难成形曲面的高效成形,以三角网格模型为研究对象,提出基于曲面分区的个性化多道次数控渐进成形方式和在各曲面分区内进行各道次成形加工所需轨迹生成方法.给出了基于可成形性的三角网格曲面分区算法和通过偏置来生成各曲面分区多道次螺旋线成形轨迹的方法.算法应用实例表明,该方法能够对曲面进行分区,并为相关曲面分区生成光滑连续的多道次螺旋线成形轨迹.     

基于距离面积特征的农业机械三维模型相似性评价

为更好地实现农业机械CAD模型的设计重用,针对经典形状分布算法在特定CAD模型领域检索性能的不足,提出一种基于三维CAD模型距离-面积统计特征的模型相似性评价方法。该算法首先在网格化的三角网格模型表面随机取点,取点过程中为保证随机取点均匀性,采用准随机数发生器Halton-Sequence产生随机数;然后计算任意两点形成有向线段距离以及模型所有面面积之间的比值,同时以距离、面积比为坐标轴构建网格坐标系,统计出现在相应网格中特征点的频次,形成模型的距离-面积特征分布矩阵;最终以Manhattan距离评价分布矩阵的差异程度,从而实现不同CAD模型相似性比较。将面积这一重要几何特征纳入评价算法中,针对相同输入模型,所提算法的检索结果中较为相近、相关的模型数量比文中对比的算法高,算法特征平均提取时间也相对较少。试验结果综合表明,所提算法能够较好地实现农业机械CAD模型相似性评价,在提升时间性能基础上,算法检索性能有较大提高。     

球度误差的网格搜索算法

结合几何形状误差的定义及球度误差的几何特征,提出了一种球度误差评定的几何算法——网格搜索算法。以最小二乘球心为初始参考点,按一定的规则布置一系列的网格点,依次以各网格点为假定理想球心计算所有测量点的半径值,通过比较、判断获得相应评定方法(最小外接球法、最大内接球法和最小区域球法)的球度误差值。阐述了球度误差网格搜索算法原理和实现过程。实例结果表明,该算法可以有效、正确地评定球度误差。     

RPM中点云曲面栅格法自适应分层技术

结合RPM中一般自适应分层技术及对点云均匀分层构造RP模型方法,提出点云曲面栅格法自适应分层。以栅格为基元,将点云投影栅格化,从中获取栅格点集,结合相关系数判断栅格点线性关系,由此提取层间轮廓。定义投影点云栅格面积差比为表面误差,建立其与堆层厚度的关系,通过表面误差逼近定值最终确定堆层厚度。经实例分析验证,分层结果满足RPM要求。     

基于运动恢复结构的无规则植物叶片面积三维测量方法

接触式测量植物叶片面积的方法会对叶片造成一定程度的伤害,为此本文提出一种仅利用智能手机的非接触式多类别无规则叶片面积三维测量方法。首先,采用运动恢复结构方法获取植株的三维重建点云,在HSV颜色特征空间去除叶片三维噪点;然后,利用模糊C均值聚类算法分割单个叶片,重建叶片表面三角网格;最后,通过网格法计算叶片面积。对5种不同类别、不同形状的植物叶片进行了测量实验,结果表明,在叶片重叠率和复杂性角度上,面积测量的平均相对误差分别为6.25%和4.81%。本文方法测量稳定、精度高,能够满足多类别无规则植物叶片面积测量的需求。     

基于曲面重构的塑料异型材挤出模具制造技术

提出了一种基于曲面重构技术的塑料异型材挤出模具制造新技术。采用三角网格化方法,在不需要重建曲面模型的情况下,对测头半径进行三维补偿;采用基于3个基准点的数据直接对齐方法解决了多视数据对齐的问题。在分析模头型腔曲面特点的基础上,提出应用扫掠曲面对模头型腔进行曲面重构的新方法;对曲面重构误差和总反求误差进行了分析。经实践证明,该方法有效地缩短了挤出模具开发周期并提高了模具质量。     

基于旋转曲面轮廓特征的农田地表点云配准研究

作业场景重建可为智能农机自主作业提供全局信息与局部细节，针对因农田表面缺乏高区分度的点、线、面高层结构造成的特征描述性差、点云配准精度不足的问题，提出一种基于旋转曲面轮廓特征的农田地表点云配准方法。首先，采用32线激光雷达获取农田真实地表点云数据并完成去噪、降采样等预处理；然后，采用加权线性协方差矩阵的奇异值分解确定关键点唯一局部参考坐标系，并统计关键点与旋转曲面截面交点距离信息，生成地表点云的局部特征；最后，采用基于单特征初选与局部特征精匹配原则的多级特征匹配策略进行局部特征匹配，计算旋转矩阵与平移矩阵完成点云配准。试验结果表明，旋转曲面轮廓特征与其他特征相比，平均精度增加7.5个百分点，平均召回率增加24.09个百分点；多级特征匹配策略相对于最近邻搜索策略，平均精度增加12.68个百分点，平均召回率增加18.38个百分点；本文的点云配准方法的平均平移误差为23.59dr，平均旋转误差为3.72°，配准成功率为87.5%。因此，本文提出的基于旋转曲面轮廓特征的农田地表点云配准方法适用于真实农业地表无序点云的自动配准。