基于参数化的玉米叶片三维模型主脉提取

提取玉米叶片三维点云模型主脉对于建立真实玉米叶片模型具有指导意义。本文利用计算机图形学中的相关算法,包括离散网格的平均曲率计算、网格曲面的参数化以及点云数据的骨骼提取等,对扫描得到的玉米叶片三维点云模型进行主脉曲线提取。整个算法分为3步:不完整主脉三维点集提取、完整主脉点集提取和三维主脉重建。通过对不同种类玉米叶片三维扫描数据进行实验证明,该算法可以快速、准确地得到玉米叶片的主脉曲线。     

基于三维点云的叶面积估算方法

为实现低成本无损精确测定叶片面积,基于运动恢复结构算法获取点云,提出了一种融合叶片点云分割、表面重建及叶片面积无损估测等过程的植物叶片面积提取方法。首先,基于运动结构恢复算法,以智能手机获取的可见光图像重建植物的三维点云;其次,为了还原叶片表面形状,基于HSV颜色空间,使用阈值分割法去除叶片点云的噪点;使用K-means聚类算法对点云的三维坐标矩阵进行分类,实现单片叶片点云的分割;基于滚球算法重建叶片的表面网格模型;最后,通过计算网格面积求得叶片面积。与常规叶面积测定方法进行了对比,本文方法的计算结果与扫描叶片法测定值相比平均误差为1.21cm2,误差占叶片面积的平均百分比为4.67%;与叶形纸称量法测定值相比平均误差为1.41cm2,误差占叶片面积的平均百分比为6.05%。结果表明,本文方法成本低、精确度高,可满足植物叶片面积无损精确测定的需求。     

数字农机部件智能化装配三维虚拟仿真技术研究 —基于云平台

在农机零部件设计过程中引入基于云平台的数字化设计方法,可以在计算机上方便地确定、修改设计程序,逐步优化设计方案,通过云计算运动仿真实验,还可节省建立试验台、安装测试设备和测试仪表等有关的费用,更快地确定影响设计方案性能的敏感参数,达到最优化设计目的。为了验证方案的可行性,采用Pro/E建立了农机发动机的零部件三维模型,并利用三维虚拟装配技术对零部件进行了虚拟装配,最后采用云平台技术和运动仿真方法对装配体的性能进行了测试。仿真结果表明:采用云平台虚拟装配方法不仅可以有效地对农用发动机实际作业过程进行仿真,还可以缩短设计开发周期,提高设计效率。     

汽车车门逆向建模设计方法及强度分析

逆向工程技术通过对实物进行点云数据采集,重构产品三维模型,获取重构模型的尺寸参数,进而应用到目标产品的设计与制造环节。通过ATOS光学扫描仪得到汽车车门点云数据,利用CATIA软件的模型处理功能对车门点云进行拟合处理得到了车门曲面造型。在处理过程中,运用了编辑、点云、划界、过滤、桥接、倒角等方法,建立了逆向建模的设计方法。通过有限元方法分析了逆向建模后的实际载荷工况下的静强度。结果表明,使用逆向工程建立的模型满足实际产品使用需求,并且使得设计过程更加高效便捷。     

基于三维点云的苹果树叶片三维重建研究

叶片是果树冠层的重要组成部分,对其进行三维重建研究不仅可以对叶片形态特征进行分析,还能为冠层光照分布计算以及果树整形修剪提供理论基础。三维激光扫描仪以非接触、高效、快速获取数据的优势被大量应用于三维空间信息采集工作中。本文提出一种基于三维点云的苹果树叶片结构形态三维重建方法。首先针对叶片的形态特点选择合适的三维激光扫描仪获取苹果叶片三维点云;基于包围盒法搜索K邻域,计算点云中点与其邻域点的平均距离,并设定距离阈值作为判定中心点是否为离散点的依据,进而确定离散点并去除;利用最小二乘原理实现点云局部曲面拟合以及法向量、曲率的计算,提取叶片边界点;对于非边界点部分,根据中心点法向量与其邻域法向量的关系,对点进行不同程度的精简;最后对处理后的叶片点云完成三维重建。结果表明,构建的叶片模型能够较好的保留叶片的三维形态特征,可以为果树冠层重建和光照分布计算提供基础。     

逆向工程对勺轮式排种器的三维模型优化

针对目前精量播种中排种机构设计周期长等问题,以勺轮式排种器为研究对象,提出一种优化改进中三维模型重构的方法。应用光学三维扫描仪对勺轮式排种器的外形点云数据进行采集,通过Geomagic Studio软件对采集的勺轮式排种器外形点云数据进行处理,得到勺轮式排种器外形的NURBS曲面,将其导入UG软件中对其进行三维模型重构,最终得到该排种器的三维模型,生成的模型与实物之间的最大偏差为0.031mm,为后期优化改进提供方便。通过实践发现,相对于传统设计方法,逆向工程可以高效完成复杂曲面零件的逆向设计,缩短产品开发周期。     

基于特征的离心泵叶片参数化三维造型

介绍了Pro/E二次开发的方法,对离心泵叶片三维参数化造型进行研究并建立特征模型。利用定义了参数和拓扑关系的离心泵叶片的Pro/E模型文件,通过二次开发工具Pro/TOOLKIT对模型文件中定义参数进行访问,最终完成离心泵叶片的参数化三维造型。     

基于光学相机的植物表型测量系统与时序生长模型研究

为提高形态表型检测速率,满足形态表型测量的标准化需求,以拟南芥为例,提出一种测量植物三维形态特征的方法,并建立植物时序生长方程和可视化模型,构建了一套经济实用、面向拟南芥生长过程的形态表型测量机器视觉系统。通过光学相机采集拟南芥植株的二维图像序列,利用运动中恢复结构算法生成三维点云;设计一种彩色标板,基于彩色标板的坐标系标准化方法,提取拟南芥植株的点云并标准化坐标系。与传统人工接触式测量值相比,该系统交互测量的拟南芥叶片宽度、长度、主茎长度、叶片面积、叶片间夹角的平均相对误差分别为9. 83%、10. 10%、1. 07%、4. 09%和4. 37%。利用该系统采集哥伦比亚野生型拟南芥生命周期内的形态表型信息,拟合其数学生长模型,并使用L-studio软件,将时序生长模型可视化表达。结果表明,植物固定、传感器移动的平台结构解决了传统传感器固定、植物移动方式导致的植物抖动从而影响三维重建效果的问题,可快速、准确、可靠地提取植物表型信息。基于彩色标板的点云坐标系标准化方法在每个单位时间都能够对拟南芥植物对象进行参数提取,与传统的人工接触式测量方法相比,效率高、速度快,可满足拟南芥的形态表型分析需要。     

离心压缩机受损叶轮再制造方法

叶轮是离心压缩机的核心功能部件,极易出现损坏。受损叶轮再制造技术国内面临的主要问题是缺少设计数据。为此,提出一种基于受损叶轮结构特征建立再制造目标模型的方法。设计了离心压缩机受损叶轮的再制造流程;对受损叶轮原始三维点云进行滤波和精简;针对叶轮叶片的损伤区域和未损伤区域,分别提取并拟合叶片截面的边界曲线;重建叶轮叶片的再制造目标模型,通过布尔运算得到叶片损伤部位的三维模型。以离心压缩机受损叶轮为例,进行了再制造实验,再制造后的叶轮误差精度在±0.5 mm范围内,满足工作要求并已投入使用,证明了本方法的可行性。     

基于云平台和三维仿真技术的农机虚拟智能装配系统

云计算的产生和萌芽为农机设计制造企业实现资源共享和协同工作提供了一个新的解决方法和机会,基于此提出了一种基于服务的农机部件设计的仿真云平台模型,将云计算和面向服务架构(SOA)相结合,在云计算环境下实现设计仿真资源的共享和协同合作。为了验证方案的可行性,以农机减速器行星齿轮的设计为例,对农机部件虚拟装配系统云平台进行了测试。测试结果表明:采用云平台可以成功地建立农机部件的三维模型,利用云平台并行计算原理可以实现三维部件的装配和仿真,得到了农机部件的运动轨迹,相比不采用云平台而言,周期更短、效率更高,对于农机部件的三维设计和优化具有重要的意义。     

基于模型的植物叶片适时三维重建方法研究

提出了一种基于叶片特征的植物叶片三维重建的方法。该方法利用植物叶片的特点,建立了植物叶片模型,并用于植物叶片的识别和适时三维重建过程中,解决了遮挡和景深问题,实现了从现实植物叶片到三维数字模型的适时转换,同时获得了较为满意的叶片三维模型。运用该方法得到的植物叶片的三维模型不仅在整体和细节上与实际情况较为接近,而且输出了相关的参数,为机械手确定工作路径和实体接触提供了前提条件。     

果树冠层三维点云颜色矫正方法研究

针对地面三维激光扫描仪在室外环境下获取果树冠层三维点云信息的复杂性,以及三维点云的颜色和真实颜色存在较大色差问题,提出了一种三维点云颜色矫正方法。通过计算Pearson系数和Spearman相关系数,确定扫描点的 R、G、B 分别与太阳辐射值、TCCR24标准颜色测试板与地面夹角 θ 、TCCR24标准颜色测试板不同色块颜色、扫描质量、光线方向变量之间均存在相关关系。利用统计学方法,在置信度为95%时,建立 R、G、B 分量的双重筛选逐步回归模型。利用建立的回归模型,矫正三维点云颜色。采用该方法对室外果树冠层三维点云进行颜色矫正实验,结果表明,利用建立的颜色矫正回归模型,三维点云颜色 R、G、B 与真实颜色 R、G、B 的相关度由矫正前的低于0.69提高到0.90以上,颜色矫正后的标准差明显由矫正前的高于50%降到低于13%。该方法可为地面三维扫描仪获取较准确的三维点云的彩色信息提供理论依据。     

遮挡条件下多视角甜椒果实点云三维重构方法

为进行表型原位自动化测量,实现甜椒数字化育种和管理,针对原位果实表型测量中的目标遮挡问题,提出一种多视角甜椒果实点云的三维重构方法。通过虚拟叶片的方法,创建增强数据集,建立基于YOLO v5算法的甜椒果实识别模型,实现对不同遮挡程度果实的识别,同时,构建考虑果实位置与遮挡程度的果实表型采集算法,实现多视角的果实三维数据采集。最后,配准甜椒果实三维点云,提取甜椒表型参数,并通过温室甜椒果实表型,对点云重构方法的有效性进行验证。相较手动测量数据,果实果宽平均相对误差为1.72%,果高平均相对误差为1.60%。试验结果表明,本文所提出的甜椒原位表型点云重构方法,可为遮挡条件下作物表型提供有效的解决思路和可行方法。     

光电检测与视觉设计在农机化数字设计中的应用

在农机及其零部件的设计过程中,为了提高复杂零部件的设计效率和视觉传达效果,将光电检测和视觉设计技术引入到了农机的设计过程中,实现了农机部件建模和外观造型的数字化设计。为了验证方案的可行性,以农机发动机盖板的设计为例,采用数控三维坐标测量机采集了盖板的点云数据,并导入到了UG软件中,建立了三维模型,最后通过视觉设计方法,对三维造型进行了优化,得到了具有动感和安全稳重性能的盖板造型,为农机三维造型的设计提供了新的数字化设计方法。     

基于模拟退火的三维模型典型结构挖掘与相似性评价

为了更好地实现设计领域三维CAD模型多粒度、精细化、智能化的设计重用需求,提出了一种基于模拟退火的三维模型典型结构挖掘与相似性评价方法。首先,通过提取以B-rep表示的三维CAD模型几何与拓扑信息,构建三维CAD模型的属性邻接图;然后以此为描述载体,利用具有局部重用价值的典型结构和三维CAD模型属性邻接图之间顶点和边的属性映射关系建立关联图及其关联图矩阵;最后,基于一种启发式算法——模拟退火算法完成关联图中最大团的检测以实现三维CAD模型中典型结构的挖掘,并进行相似性评价,同时以蚁群算法和遗传算法为比较对象,在通用模型库和农业机械装备模型库完成了算法的验证。实验结果表明,该方法能较好地实现三维CAD模型典型结构的挖掘和相似性评价,可以有效地支持设计领域的三维模型特征级和局部结构级设计信息的重用。     

基于UG和VERICUT的汽轮机叶片加工工艺和仿真的研究

本文通过对汽轮机叶片进行CAM编程、仿真加工和叶片检测并成功试制出合格的叶片。针对四轴联动精加工叶片型面时加工效率不高和加工质量较低,采用3+1轴加工方式提高了叶片型面的加工效率和质量;使用VERICUT软件创建了叶片仿真加工环境,可以有效检查刀具碰撞和过切情况;针对叶片型面检测难问题,采用逆向工程生成叶片逆向模型与设计模型进行校核比对的方法,可以有效检测叶片型面是否符合公差要求。     

基于轴流泵叶轮设计的潜水搅拌器特性分析

为了研究潜水搅拌器叶轮设计方法、探索搅拌流场的内部流动机理,以轴流泵叶片设计方法为基础,对其进行修正得到潜水搅拌器叶轮模型,并采用变环量流型设计叶片,利用水力设计软件设计了潜水搅拌器叶片,对叶轮进行三维建模和网格划分,并对其进行数值模拟求解。将计算结果与轴流泵ZM30模型和贝特叶轮进行对比分析,并对设计的搅拌器叶轮进行模型试验,验证了其良好的搅拌性能。     

基于边界层理论的叶轮的仿真

根据边界层理论推导的叶片型线方程，用pro/E建立了叶轮的三维仿真模型。该模型提供了设计离心式固液两相流泵叶轮的一种方法，通过pro/E的族表功能，只要输入叶轮的基本参数就能快速生成基于边界层理论的叶轮的模型，所以建立该模型对工业生产有一定的参考价值。     

基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统

为了快速、无损、自动获取玉米植株的三维信息,设计了一种基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统。首先,通过四轮驱动移动机器人与升降平台配合,精准控制Xtion深度相机多视角采集盆栽玉米植株的三维点云数据;然后,对获取的点云进行配准拼接与滤波,实现玉米植株的三维重建;最后,对重建后的玉米模型进行叶片的分割与参数测量。该系统的移动机器人运动误差可以控制在1 cm之内,玉米植株叶片参数测量误差在1%～5%之间,证明了该系统进行玉米植株三维信息采集的可行性。     

基于反求工程的车用涡轮叶轮逆向造型及分析

针对具有大扭曲、超薄叶片的车用涡轮叶轮,运用反求工程技术,借助非接触式三维激光扫描仪,获得涡轮叶轮的离散化三维点云数据,应用Imageware软件对采集后的涡轮叶轮进行数据处理,最终完成涡轮叶轮模型的重建。该逆向造型的方法,为具有复杂型面叶轮的设计与快速制造,提供了可靠的依据和相关技术支持。