面向逆向創(chuàng)新設計的網格特征編輯技術研究.pdf

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

2、案。所以對于逆向創(chuàng)新設計技術的研究有利于設計理論的發(fā)展，更有利于逆向創(chuàng)新技術在實際工程領域的應用。為此本文對逆向創(chuàng)新設計中的網格特征編輯及其相關技術進行了深入研究，研究成果和創(chuàng)新點主要體現在以下五個方面：
　　 ●提出了一種從散亂數據點快速構造二維流形網格的區(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，然后根據準則選擇最佳點與活動邊構成新面片，再經過啟發(fā)信息檢測和幾何完整性檢測，最后加入到已構造的網格中。如此不斷擴張直到最終構造出反映物體形狀的二維流形網格。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據點，也可以處理按掃描線分布的散亂數據點。
　　 ●提出了針對網格局部尖銳特征和網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，然后從種子特征出發(fā)利用特征參數尋找周圍相近的特征并將其合并，該過程不斷重復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，如果特征參數由用戶直接指定，該方法也能被用來提取網格的整體特征。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。
　　 ●提出了一種從網格過渡特征快速構造網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，最后根據新法矢逐步調整網格頂點位置，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造尖銳特征，還能從含有噪音的過渡特征構造尖銳特征。
　　 ●提出了一種沿網格尖銳特征線構造網格圓

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造準過渡區(qū)域，然后估算準過渡區(qū)域中面片的目標法矢方向，最后根據目標法矢調整網格頂點位置，使面片的實際法矢與目標法矢趨向一致。該算法既能從閉合的尖銳特征線構造圓角特征，也能從非閉合的尖銳特征線構造圓角特征。
　　 ●提出了一種面向有限元分析的網格迭代優(yōu)化算法。該算法首先對給定網格進