基于測量數(shù)據(jù)的CAD造型若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、基于測量數(shù)據(jù)的CAD造型是CAD/CAM中的重要組成部分，在工業(yè)界、廣告娛樂業(yè)和科學(xué)可視化等領(lǐng)域中得到極為廣泛的應(yīng)用。雖然在這一領(lǐng)域已有大量的研究成果，但是隨著研究的深入和應(yīng)用的日益廣泛，仍然存在著一些有待解決和完善的關(guān)鍵問題和難點問題。本文圍繞從測量數(shù)據(jù)到CAD模型生成過程中的網(wǎng)格重建、網(wǎng)格修補、網(wǎng)格分割和網(wǎng)格模型四邊形區(qū)域劃分等四個方面展開研究，主要貢獻如下： 提出了基于點鄰域平坦度的網(wǎng)格重建算法和基于點鄰域幾何分布的網(wǎng)格重

2、建算法。在基于點鄰域平坦度的網(wǎng)格重建算法中，首先計算每個點的鄰域平坦度，并在平坦區(qū)域內(nèi)構(gòu)造一個種子三角形；然后優(yōu)先選取屬于平坦區(qū)域的活動邊進行擴張，在擴張過程中引入平坦趨勢作為最佳點的選擇標(biāo)準(zhǔn)；最后通過后續(xù)處理構(gòu)造出二維流形網(wǎng)格。該算法計算簡單，魯棒性強，能處理薄板類型測量數(shù)據(jù)的網(wǎng)格重建和較好地重建模型的尖銳特征。在基于點鄰域幾何分布的網(wǎng)格重建算法中，首先按照點鄰域的幾何分布將數(shù)據(jù)點進行分類；接著根據(jù)鄰域的幾何分布自適應(yīng)地計算每個數(shù)據(jù)點

3、的近似拓撲鄰域；然后按照從簡單到復(fù)雜的順序進行網(wǎng)格重建。該算法魯棒，高效，對分布不均勻和帶有少量噪聲的測量數(shù)據(jù)能取得比較理想的重建結(jié)果；能自然地重建出原始模型的特征區(qū)域。 提出基于邊擴展的復(fù)雜孔洞修補算法和基于頂點聚類的任意孔洞修補算法。在基于邊擴展的復(fù)雜孔洞修補算法中，通過將孔洞邊界投影到該邊界對應(yīng)的最小二乘平面上，對投影后發(fā)生相交的邊，采用邊擴展算法生成新的三角面片，從而將復(fù)雜孔洞剖分為若干子孔洞。對新生成的子孔洞重復(fù)上述過

4、程，最終獲得簡單孔洞，并采用平面三角化技術(shù)對簡單孔洞進行修補。該算法魯棒，能較好地保持原網(wǎng)格模型的幾何特征。在基于頂點聚類的任意孔洞修補算法中，從相對平坦的頂點向兩端擴張，利用擴張區(qū)域內(nèi)的頂點擬合隱式曲面并計算其誤差，如果誤差大于指定的閾值則終止擴張并生成分割線，當(dāng)新生成的孔洞幾何形態(tài)合理，則將孔洞一分為二。對未聚類的新孔洞執(zhí)行同樣的步驟，得到若干子孔洞。最后，對這些子孔洞進行修補。該算法魯棒，能保持網(wǎng)格模型的幾何特征。提出了基于泊松形

5、狀信號的網(wǎng)格模型部件分割算法。該算法首先計算每個三角面片的泊松形狀信號；然后采用Mean-Shift算法對該信號進行平滑；最后根據(jù)泊松形狀信號的性質(zhì)提取網(wǎng)格模型各個部件。該算法能有效地提取網(wǎng)格模型的各個部件；對局部尖銳特征和噪聲不敏感；部件分割結(jié)果與物體各個部件剛性變化無關(guān)。 提出了網(wǎng)格模型上的四邊形區(qū)域劃分算法。該算法首先將網(wǎng)格模型分割為若干相對平坦、拓撲同構(gòu)于圓盤和邊界近似于凸的子網(wǎng)格，然后對每塊子網(wǎng)格進行四邊形區(qū)域劃分。該