面向逆向創(chuàng)新設(shè)計的網(wǎng)格特征編輯技術(shù)研究.pdf

1、設(shè)計重用在產(chǎn)品設(shè)計中發(fā)揮著重要作用。目前三維模型設(shè)計重用得主要方式有三種，分別是參數(shù)化設(shè)計、自由變形和逆向工程。三種方式各有優(yōu)缺點和應(yīng)用范圍。最近有學(xué)者針對逆向工程中存在的問題提出了一種新的設(shè)計重用方式--逆向創(chuàng)新設(shè)計。
　　 逆向創(chuàng)新設(shè)計是以逆向工程為基礎(chǔ)，結(jié)合參數(shù)化設(shè)計和自由變形思想，形成的新的設(shè)計方式。該設(shè)計方式雖然在CAD/CAE系統(tǒng)集成和設(shè)計創(chuàng)新方面具有明顯優(yōu)勢，但是至今還沒有形成系統(tǒng)的理論框架，更沒有成熟的技術(shù)解決方

2、案。所以對于逆向創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)的研究有利于設(shè)計理論的發(fā)展，更有利于逆向創(chuàng)新技術(shù)在實際工程領(lǐng)域的應(yīng)用。為此本文對逆向創(chuàng)新設(shè)計中的網(wǎng)格特征編輯及其相關(guān)技術(shù)進行了深入研究，研究成果和創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下五個方面：
　　 ●提出了一種從散亂數(shù)據(jù)點快速構(gòu)造二維流形網(wǎng)格的區(qū)域擴張算法。該算法從一個種子面片出發(fā)，利用啟發(fā)信息，即網(wǎng)格的某些局部特性，優(yōu)先選擇有利的活動邊進行擴張。有利的活動邊指擴張簡單，不易產(chǎn)生幾何錯誤的活動邊。在每次擴張中算法首

3、先確定候選點，然后根據(jù)準(zhǔn)則選擇最佳點與活動邊構(gòu)成新面片，再經(jīng)過啟發(fā)信息檢測和幾何完整性檢測，最后加入到已構(gòu)造的網(wǎng)格中。如此不斷擴張直到最終構(gòu)造出反映物體形狀的二維流形網(wǎng)格。該算法只需要采樣點的位置信息，不需要事先給定點法矢、邊界等其他信息，可以處理分布不均勻的散亂數(shù)據(jù)點，也可以處理按掃描線分布的散亂數(shù)據(jù)點。
　　 ●提出了針對網(wǎng)格局部尖銳特征和網(wǎng)格局部過渡特征的交互式提取方法。對于局部尖銳特征，首先由用戶通過畫筆方式選取一塊包含

4、特征的區(qū)域，接著對選中的面片進行分析并計算特征參數(shù)，然后從種子特征出發(fā)利用特征參數(shù)尋找周圍相近的特征并將其合并，該過程不斷重復(fù)直到特征無法進一步擴張。局部過渡特征提取方法與局部尖銳特征提取方法基本思想類似，只是分析和提取過程嵌入在畫筆式選取過程中。此外，如果特征參數(shù)由用戶直接指定，該方法也能被用來提取網(wǎng)格的整體特征。本文的交互式特征提取方法十分直觀和方便，而且針對過渡特征的提取方法既可以提取圓角特征，也可以提取倒角特征，甚至是含有噪音的

5、過渡特征。
　　 ●提出了一種從網(wǎng)格過渡特征快速構(gòu)造網(wǎng)格尖銳特征的新算法。用戶提取過渡特征之后，該算法首先對特征區(qū)域進行預(yù)光順，接著利用非特征區(qū)域面片的法矢增量式計算特征區(qū)域面片的新法矢，然后對其中不合理的面片法矢進行修正，最后根據(jù)新法矢逐步調(diào)整網(wǎng)格頂點位置，使面片的實際法矢與新法矢趨向一致。該算法不僅能從圓角特征和倒角特征構(gòu)造尖銳特征，還能從含有噪音的過渡特征構(gòu)造尖銳特征。
　　 ●提出了一種沿網(wǎng)格尖銳特征線構(gòu)造網(wǎng)格圓

6、角特征的新算法。雖然從造型上講該算法與尖銳特征構(gòu)造算法是兩個互逆操作，但在流程上兩者有很多相似之處。該算法首先利用用戶選取的尖銳特征線和指定的圓角半徑構(gòu)造準(zhǔn)過渡區(qū)域，然后估算準(zhǔn)過渡區(qū)域中面片的目標(biāo)法矢方向，最后根據(jù)目標(biāo)法矢調(diào)整網(wǎng)格頂點位置，使面片的實際法矢與目標(biāo)法矢趨向一致。該算法既能從閉合的尖銳特征線構(gòu)造圓角特征，也能從非閉合的尖銳特征線構(gòu)造圓角特征。
　　 ●提出了一種面向有限元分析的網(wǎng)格迭代優(yōu)化算法。該算法首先對給定網(wǎng)格進