基于點(diǎn)云的自由形態(tài)網(wǎng)格生成方法研究.pdf

1、自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是指結(jié)構(gòu)整體幾何形態(tài)不能用解析函數(shù)精確表達(dá)或擬合，并能以任何方式自由變化的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，具有形式多樣化和自由化的特點(diǎn)，但其網(wǎng)格劃分存在一定的難度。本文針對自由形態(tài)點(diǎn)云的網(wǎng)格設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，提出了一種面向點(diǎn)云的網(wǎng)格設(shè)計(jì)新方法，發(fā)展了已有的網(wǎng)格生成方法和網(wǎng)格優(yōu)化技術(shù)。
　　本文總結(jié)歸納了已有研究，回顧了基于點(diǎn)云的自由形態(tài)網(wǎng)格逆向建模的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了基于點(diǎn)云的網(wǎng)格生成方法、點(diǎn)云特征提取方法和網(wǎng)格優(yōu)化方法的研究現(xiàn)狀。發(fā)

2、展了面向3D掃描點(diǎn)云的四邊形網(wǎng)格生成方法，在點(diǎn)云上直接剖分網(wǎng)格。基于有限元中廣泛應(yīng)用的鋪砌法(Paving Method)，針對點(diǎn)云的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，提出高效的點(diǎn)云K鄰域搜索方法，引入點(diǎn)云邊界搜索及法向求解方法，完善了前沿推進(jìn)過程中生成新節(jié)點(diǎn)以及閉合處理的算法，形成了可以應(yīng)用于點(diǎn)云的網(wǎng)格生成方法。對點(diǎn)云幾何特征的識(shí)別和提取是網(wǎng)格劃分的重要依據(jù)和基礎(chǔ)，采用了基于曲率這一幾何特征的特征提取方法，詳細(xì)闡述了該方法的基本原理和必要的操作，歸納了算法流

3、程。在點(diǎn)云尖銳線特征提取的基礎(chǔ)上，考慮到內(nèi)邊界及點(diǎn)約束的情況下，研究了保留特征的網(wǎng)格優(yōu)化方法。首先總結(jié)了網(wǎng)格質(zhì)量的衡量指標(biāo)，其次提出了包括拓?fù)鋬?yōu)化和幾何優(yōu)化兩個(gè)步驟的優(yōu)化流程，其中拓?fù)鋬?yōu)化能夠有效地改善網(wǎng)格局部的拓?fù)滟|(zhì)量，Laplacian優(yōu)化能夠提高網(wǎng)格的整體光順性。通過實(shí)例展示了保留特征的網(wǎng)格優(yōu)化方法的有效性。根據(jù)上述理論與方法編制了基于點(diǎn)云的四邊形網(wǎng)格生成及保留特征的網(wǎng)格優(yōu)化的設(shè)計(jì)程序。能夠有效的對點(diǎn)云進(jìn)行網(wǎng)格生成，同時(shí)保留點(diǎn)云的

4、線特征及點(diǎn)特征。
　　本文總結(jié)以往的研究成果，將其歸納和匯總為三種自由形態(tài)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)建的思路，總結(jié)并分析比較了用于自由形態(tài)網(wǎng)格生成的典型方法的特點(diǎn)、性能及其應(yīng)用。本文對自由形態(tài)空間網(wǎng)格劃分的程序FreeMesh的主要模塊分為曲面幾何造型模塊、曲面網(wǎng)格設(shè)計(jì)模塊、點(diǎn)云網(wǎng)格設(shè)計(jì)模塊、網(wǎng)格質(zhì)量評價(jià)模塊這四個(gè)模塊，對程序進(jìn)行了優(yōu)化和完善，對界面進(jìn)行更加符合用戶習(xí)慣的優(yōu)化，同時(shí)撰寫了方便用戶快速掌握程序的程序使用說明。通過理論推導(dǎo)、數(shù)值模擬