基于工业ct断层图像的三角网格模型重建与优化的研究

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1、基于工业CT断层图像的三角网格模型重建与优化的研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：高建波指导教师：段黎明教授专业：机械制造及其自动化学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一四年五月TheResearchonReconstructionandOptimizationofTheTriangleMeshModelBasedonIndustrialCTSectionalImagesAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeri

2、ngByGaoJian-BoSupervisedbyProf.DuanLi-mingSpecialty:MechanicalManufacture&AutomationCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要在逆向工程领域，常见的产品三维数据获取方法有三坐标测量机、三维激光扫描仪等，这些测量方法通常用于产品的外表面测量，而不适用于产品的内腔数据测量。工业计算机断层成像技术(IndustrialComputerizedTomography)，简称工业

3、CT或ICT，是一种先进的无损非接触测量方法，不仅可以得到产品的外表面数据，还可以得到产品的内腔数据。利用工业CT扫描产品得到的测量数据为某一方向上的系列断层图像，通过三维模型重建得到产品的三维模型，然后才能用于产品的逆向设计或创新设计。然而，由于工业CT扫描得到的数据量大、扫描数据中存在噪声以及重建算法本身的缺陷，使得重建的网格模型数据存在冗余和噪声，并且网格模型表面凹凸不平。为了解决以上问题，本文以工业CT扫描数据为研究对象，重点对网格简化技术和网格平滑技术进行研究，主要研究内容如下：①为了得到高质量的产品三维模型数据，首要任务是利用系列工业CT断层图像进行三维模型重建。充分分析各种

4、三维模型重建算法的优劣的基础上，选取移动立方体算法进行三维模型重建，即通过三维数据场构造体元场，通过体元来确定模型的内外轮廓，从而重建出产品的三维表面模型。②为了在网格简化的同时保持网格模型特征，优化网格质量，本文以三角形折叠法为基础，通过顶点预测和拉普拉斯算子调整得到折叠点位置，保证了简化后网格质量。在选择简化三角形时引入距离误差和角度误差，有效减小网格简化操作的误差，保持网格模型特征。③为了得到光滑的网格模型，本文根据工业CT断层图像重建的三角网格模型特点，提出一种基于隐式曲面重构的网格模型全局优化方法用于网格平滑。首先通过三角面片的法矢量计算顶点的法矢量；接着根据顶点的位置和法向坐

5、标，利用快速傅立叶变换计算模型表面特征函数的傅里叶系数；然后通过傅里叶逆变换得到模型表面特征函数；最后选取合适的阈值提取等值面。本文的研究成果已集成到课题组所开发的逆向软件系统中，并通过实验验证上述方法的可行性，优化后的三角网格模型满足后续处理要求。关键词：工业CT，网格平滑，网格简化，隐式曲面重构，快速傅立叶变换I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThecommonacquisitionmethodsofthethree-dimensional(3D)dataofproductswerediverseinthefieldsofreverseengineering,suchas

6、coordinatemeasuringmachines(CMM),3Dlaserscannersandsoon,whichweretypicallyusedtomeasuretheoutersurfaceoftheproduct,whiletheycannotmeasuretheinnerlumendata.Industrialcomputedtomography(IndustrialCTorICT),whichcangetboththeoutersurfaceoftheproductandtheinnerlumendataasanadvancednon-destructiveandno

7、n-contactmeasuremethod.ThemeasureddatawasaseriesoftomographicimagesineitherdirectionwhenusingCTscanningtheproduct,beforeusingthemforreverseengineerorinnovativedesigns,youmustobtainathree-dimensionalmodelthroughtherecon