反求工程中點云三角化算法的研究及其實現(xiàn).pdf

1、反求工程技術是結合當前先進的激光掃描技術和幾何造型技術的一種新的實體建模技術。當前的激光掃描技術能夠獲取各種拓撲結構的機械零件的點云數(shù)據(jù)，其測量精度能夠滿足反求工程技術重建實體模型的需要。幾何造型技術一直是CAD／CAM的核心技術和研究基礎，主要研究在計算機中表示、設計、顯示和分析復雜三維形體的理論和方法。這兩種技術的發(fā)展使得反求工程成為當前的研究熱點，是企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品設計現(xiàn)代化、縮短設計周期、提高產(chǎn)品質量、增強市場應變能力和生存能力的又

2、一種強有力的技術手段。 在反求工程技術中，對實體的描述存在多種模型。點云模型運用三維空間的離散點集來表示物體，最大的優(yōu)點在于可以表示任意物體，易于進行布爾操作。三角網(wǎng)格模型形狀簡單，便于計算，而且可以表示任意拓撲結構的物體，能以任意精度逼近曲面物體，已經(jīng)成為各種造型系統(tǒng)的標準表示方法之一。參數(shù)曲面模型一直是描述幾何形狀的主要工具，廣泛應用于飛機、汽車、輪船等具有復雜外形的產(chǎn)品設計與制造中。由于參數(shù)化表示具有與坐標軸無關，可直接進

3、行幾何變換以及幾何不變性等優(yōu)點，它已經(jīng)成為CAGD中曲面的主要表示形式。三種模型之間可以通過各種重建方法相互轉換。 反求工程中實現(xiàn)點云的三維模型重建有多種反求策略，其中最常見的反求策略是首先通過三維激光掃描儀在物體表面測得一些離散點，然后用數(shù)據(jù)預處理技術對點云進行壓縮、去噪等處理，再用散亂點重構算法生成三角網(wǎng)格模型，最后基于網(wǎng)格模型進行網(wǎng)格優(yōu)化、壓縮、區(qū)域分割后，重建點云的參數(shù)曲面模型。 本文研究了反求流程中的點云三角化

4、算法及其實現(xiàn)。通過對現(xiàn)有成果的研究，改進和實現(xiàn)了一種基于曲面局平特性，在投影平面內(nèi)重建某個采樣點的Delaunay三角化，然后在邊界點上進行區(qū)域增長的點云三角化算法。該算法基于半邊數(shù)據(jù)結構和四種被證明可完整重建任意拓撲點云的拓撲操作，保證了區(qū)域增長時三角網(wǎng)格一直是流形曲面。該算法對每個點只執(zhí)行一次操作，時間復雜度是線性的。只要點云數(shù)據(jù)在局部滿足局平特性，該算法可以可靠穩(wěn)定地重建任意拓撲結構的三角網(wǎng)格。各種類型和各種來源的實例也證明該算法

5、的實用性。 該算法已經(jīng)在反求工程軟件RE-SOFT中得以實現(xiàn)，并應用于各種拓撲結構的機械零件的三角網(wǎng)格曲面重建。重建的結果再次證明了該算法在時間復雜度和重建質量上的優(yōu)勢。 本文還研究了基于三角網(wǎng)格的拓撲操作，并指出各種拓撲操作的合法性，實現(xiàn)了其中換邊、刪邊和刪點三種基本的拓撲操作，證明了基于半邊數(shù)據(jù)結構的網(wǎng)格結構有利于網(wǎng)格的后續(xù)操作，包括網(wǎng)格優(yōu)化、壓縮、區(qū)域分割等操作。本文還實現(xiàn)了一種減少網(wǎng)格與原曲面二階屬性誤差的網(wǎng)格優(yōu)