基于測量數(shù)據(jù)的CAD造型若干關鍵技術研究.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)和科學可視化等領域中得到極為廣泛的應用。雖然在這一領域已有大量的研究成果，但是隨著研究的深入和應用的日益廣泛，仍然存在著一些有待解決和完善的關鍵問題和難點問題。本文圍繞從測量數(shù)據(jù)到CAD模型生成過程中的網格重建、網格修補、網格分割和網格模型四邊形區(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格重建算法和基于點鄰域幾何分布的網格重

2、建算法。在基于點鄰域平坦度的網格重建算法中，首先計算每個點的鄰域平坦度，并在平坦區(qū)域內構造一個種子三角形；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準；最后通過后續(xù)處理構造出二維流形網格。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雜的順序進行網格重建。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。在基于邊擴展的復雜孔洞修補算法中，通過將孔洞邊界投影到該邊界對應的最小二乘平面上，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，從而將復雜孔洞剖分為若干子孔洞。對新生成的子孔洞重復上述過

4、程，最終獲得簡單孔洞，并采用平面三角化技術對簡單孔洞進行修補。該算法魯棒，能較好地保持原網格模型的幾何特征。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，能保持網格模型的幾何特征。提出了基于泊松形

5、狀信號的網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提取網格模型各個部件。該算法能有效地提取網格模型的各個部件；對局部尖銳特征和噪聲不敏感；部件分割結果與物體各個部件剛性變化無關。 提出了網格模型上的四邊形區(qū)域劃分算法。該算法首先將網格模型分割為若干相對平坦、拓撲同構于圓盤和邊界近似于凸的子網格，然后對每塊子網格進行四邊形區(qū)域劃分。該