人體頭部數(shù)字化建模方法的研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人性化發(fā)展，人體CAD模型在工業(yè)設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、工程設(shè)計(jì)、人類學(xué)研究、醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。人體的CAD模型可以為醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)如呼吸器等提供人體基礎(chǔ)資料。呼吸器的尺寸參數(shù)應(yīng)該根據(jù)工人的實(shí)際頭部尺寸參數(shù)和輪廓形狀來(lái)制作，其形狀應(yīng)貼合人體頭部形狀，達(dá)到比較好的防護(hù)效果。要設(shè)計(jì)出這樣的呼吸器產(chǎn)品就需要逼近真實(shí)人體頭部形狀的CAD模型來(lái)支持。 但是人體頭部是一個(gè)復(fù)雜的不規(guī)則曲面，用傳統(tǒng)的測(cè)量方法難以得到人

2、體頭部模型的輪廓和尺寸。而目前對(duì)人體測(cè)量和建模的研究主要應(yīng)用與服裝和軍事領(lǐng)域，研究?jī)?nèi)容主要集中于人體的尺寸參數(shù)輪廓形狀。 本文將逆向工程應(yīng)用于人體頭部建模，結(jié)合呼吸器的結(jié)構(gòu)與人體頭部的生理結(jié)構(gòu)，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建立了針對(duì)呼吸器的人體頭部尺寸采集標(biāo)準(zhǔn)，利用人體頭部骨骼特征對(duì)頭部尺寸參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)人體測(cè)量方法進(jìn)行了研究，并以中國(guó)西南地區(qū)的人群作為測(cè)量對(duì)象，用卡鉗等量具測(cè)量人體頭部尺寸數(shù)據(jù)并利用三維激光掃描儀進(jìn)行頭部數(shù)據(jù)測(cè)量，得到人體頭

3、部模型的點(diǎn)云。 然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到中國(guó)西南地區(qū)人體頭部尺寸特征。并根據(jù)得到的尺寸特征選取具有代表性的實(shí)際人體頭部模型點(diǎn)云。研究了對(duì)非接觸式測(cè)量點(diǎn)云的預(yù)處理方法，對(duì)測(cè)量點(diǎn)云進(jìn)行平滑處理，去除了點(diǎn)云中的噪聲點(diǎn)并對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行了精簡(jiǎn)。本文使用NURBS曲面直接擬合的方法對(duì)測(cè)量的點(diǎn)云進(jìn)行曲面重構(gòu)，將系統(tǒng)的優(yōu)化方法應(yīng)用到NURBS曲面重構(gòu)中，利用插值曲線對(duì)測(cè)量點(diǎn)云進(jìn)行分塊處理，解決用NURBS曲面擬合中曲面的光順與曲面與點(diǎn)云的誤