基于散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)的曲面重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備的發(fā)展，人們能夠方便地獲得實(shí)物樣件大量的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)，促進(jìn)了逆向工程技術(shù)的發(fā)展，并在制造業(yè)廣泛應(yīng)用。然而，在逆向工程建模技術(shù)的研究與應(yīng)用中，多數(shù)是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三角網(wǎng)格模型，然后在三角網(wǎng)格基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與模型重建。由于在將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三角網(wǎng)格模型時(shí)信息量成倍增加，且后續(xù)處理對(duì)網(wǎng)格質(zhì)量要求較高，因而，研究直接以散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)為對(duì)象的數(shù)據(jù)處理與曲面重建技術(shù)，對(duì)提高逆向工程中測(cè)量數(shù)據(jù)的處理能力和建模效率具有重要意義。

2、 本文直接以測(cè)量獲得的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)為對(duì)象，研究了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的幾何特性計(jì)算、平滑處理、孔洞修補(bǔ)、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化等，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊、四邊界區(qū)域劃分及曲面擬合。取得的研究成果如下： 提出了一種基于法向距離的法矢全局協(xié)調(diào)算法。該算法采用微切平面法計(jì)算散亂點(diǎn)的法矢，然后根據(jù)法向距離閾值，把點(diǎn)云數(shù)據(jù)劃分為平坦點(diǎn)和非平坦點(diǎn)，在法矢調(diào)整時(shí)采用傳播的思想，根據(jù)鄰近子集是否含有非平坦點(diǎn)選擇不同的調(diào)整順序，大大提高了法矢方向調(diào)整的效

3、率，并用三次最近距離法解決了傳播過(guò)程中可能出現(xiàn)的死鎖問(wèn)題。在法矢估算的基礎(chǔ)上，提出了一種基于測(cè)量點(diǎn)法矢修正的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)平滑處理方法，該方法通過(guò)對(duì)特征區(qū)域和非特征區(qū)域采用不同的法矢修正策略，使平滑后的點(diǎn)云既達(dá)到了非常光滑的效果，又保持了點(diǎn)云的形狀和特征，甚至修正不理想特征。 提出了基于歐幾里德距離的局部二次參數(shù)曲面擬合來(lái)估算散亂點(diǎn)云曲率的算法，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于曲率約束極值點(diǎn)密度的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化方法。該方法通過(guò)標(biāo)記出曲率

4、極值點(diǎn)，根據(jù)給定的簡(jiǎn)化比率計(jì)算曲率閾值，得到曲率約束極值點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的k-鄰近所包含的約束極值點(diǎn)的密度，計(jì)算出點(diǎn)之間的簡(jiǎn)化距離閾值并對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行刪減。實(shí)例表明，本文算法的簡(jiǎn)化結(jié)果既較好地保留了形狀特征，同時(shí)使點(diǎn)的分布以點(diǎn)云密集的強(qiáng)制保留區(qū)為中心，在向附近擴(kuò)散的過(guò)程中逐漸變稀，避免簡(jiǎn)化后點(diǎn)云的局部過(guò)密或局部過(guò)稀的情況。 提出了一種基于移動(dòng)最小二乘法的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中非封閉無(wú)特征孔洞和非封閉特征孔洞修補(bǔ)算法。該算法用三次B樣條曲線(xiàn)修復(fù)點(diǎn)云

5、模型邊界及特征線(xiàn)，將非封閉無(wú)特征孔洞轉(zhuǎn)化為封閉無(wú)特征孔洞，非封閉特征孔洞轉(zhuǎn)化為若干個(gè)封閉無(wú)特征孔洞。然后應(yīng)用移動(dòng)最小二乘法建立孔洞區(qū)域的隱式曲面方程，在對(duì)投影孔洞進(jìn)行重新采樣后，把新生成的點(diǎn)映射到曲面上，使得最終修補(bǔ)的孔洞曲面同其周?chē)姹３至己玫膸缀我恢滦?。?shí)例證明該算法具有較好的修補(bǔ)效果，適合對(duì)點(diǎn)云中任何部位出現(xiàn)的孔洞進(jìn)行修補(bǔ)。 提出了一種基于特征的數(shù)據(jù)分塊方法。該方法采用粗略分塊與精確分塊相結(jié)合的策略，首先在分析曲面邊界區(qū)

6、域微分幾何特性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用曲率極值法提取出特征點(diǎn)，基于由高斯曲率和平均曲率的記號(hào)得到的八種曲面類(lèi)型，完成對(duì)散亂點(diǎn)云的粗略分塊。最后，采用基于特征點(diǎn)約束的區(qū)域生長(zhǎng)法完成精確分塊。實(shí)例表明，分塊結(jié)果符合零件的特征結(jié)構(gòu)。 基于比較理想的數(shù)據(jù)分塊結(jié)果，本文實(shí)現(xiàn)了一種交互的操作方法，使用戶(hù)方便地將點(diǎn)云數(shù)據(jù)的分塊區(qū)域生成四邊界區(qū)域，且獲取了塊的四邊界與其所包圍的測(cè)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)信息。在劃分好的四邊界區(qū)域的基礎(chǔ)上，采用基面投影方法實(shí)現(xiàn)散亂數(shù)據(jù)