基于紋理映射的自由曲面上三維激光打標方法.pdf

1、三維激光打標技術(shù)是對激光的一種應用，可以實現(xiàn)在三維自由曲面上快速打印復雜、清晰且美觀的圖形圖案。同時，由于激光打標具有無接觸，無切削力，熱影響小等特點，使用三維激光打標機進行加工時，工件不會發(fā)生形變和產(chǎn)生內(nèi)應力。另外，隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和市場需求，越來越多產(chǎn)品外觀都設(shè)計成流線型曲面，從而推動三維激光打標技術(shù)的應用。論文針對三維激光加工技術(shù)面對著如何在三維自由曲面生成圖案的問題，提出基于三角網(wǎng)格曲面紋理映射的三維激光打標方法。因此，論文中

2、的所有自由曲面或?qū)嶓w都是采用三角網(wǎng)格進行逼近擬合而成，采用的網(wǎng)格曲面模型都來自對STL(Stereolithography)文件的解析。
　　首先，采用一種基于投影原理的自由曲面紋理映射方法，通過投影原理確定二維平面圖案對應三維自由曲面上的位置實現(xiàn)紋理的映射。論文提出一種基于“針刺取點法”的投影方法，保證二維平面圖案能夠準確無誤的映射到任意自由曲面上。但這種基于投影的紋理映射方法，當曲面高斯曲率較大時，紋理會發(fā)生明顯的形變。因此，

3、在此方法上進一步改進，提出在可展曲面進行紋理映射，實現(xiàn)映射的紋理完全不變形，但這種方法只能在可展曲面上進行紋理映射。
　　其次，在任意不可展自由曲面上進行紋理映射，想要紋理完全不變形目前來說是不可能的，只能減少紋理的變形程度。為了減少在任意曲面上紋理映射的形變程度，選用了曲面參數(shù)化方法。這種方法是將組成自由曲面三角面盡可能保形的在平面上展開。為了能準確定位紋理的位置，論文中選用了保角參數(shù)化方法ABF++(Angle BasedFl

4、attening)，其采用牛頓迭代的方法，求取一組在平面上展開三角網(wǎng)格時三角形形變最小的角度值。這種方法展平的自由曲面不但可以保持其自身形狀和拓撲關(guān)系，而且對其展平的邊界沒有限制。
　　再次，在使用ABF++進行三角曲面參數(shù)化進行紋理映射時，為了減少不必要的計算，論文采用網(wǎng)格分割方法，并且結(jié)合K鄰域快速搜索法快速定位到目標，減少了不必要的計算，提高紋理過程運算的速度。另外，為了能夠準確的將二維紋理映射到曲面上，論文結(jié)合了投影原理對

5、平面圖案進行定位。同時，采用重心坐標方法實現(xiàn)二維圖案向三維曲面的線性映射，從而避免繁雜的逆矩陣變換計算，提高了運算的速度。并對映射的紋理形變程度進行了量化分析。
　　最后，論文以VS2010為平臺，使用C＃和C++編程語言并且結(jié)合OpenGL庫，搭建了三維顯示環(huán)境，對上述算法進行了實現(xiàn)，使用了三維模型對紋理映射算法的可行性進行仿真驗證。另外，結(jié)合三維激光打標系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu)，驗證了激光打標機在三角網(wǎng)格重構(gòu)的曲面上打標的有效性。論文在