基于特征的曲面模型重建方法

《基于特征的曲面模型重建方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2002年7月重庆大学学报Ju1．20o2第25卷第7期JournalofChongqingUniversityV01．25NO．7文章编号：1000—582X(2002)07—0148—04基于特征的曲面模型重建方法杜静，何玉林(重庆大学机械工程学院，重庆4OOO44)摘要：曲面重建就是根据曲面实物模型的点云，重建其几何和拓扑信息，并再现特征的过程。复杂曲面重建质量直接影响曲面产品的性能，影响后续设计分析和制造加工：为了提高重建曲面质量，满足产品对其光顺和精度要求，文章对曲面重建中的几何建模技术和光顺、连续性约束条件进行了系统地分析研究，对基于特征的曲

2、面模型重建方法进行了探讨。最后结合摩托车车身覆盖件3D模型设计给出了应用实例。关键词：特征；几何建模；曲面；逆向工程中图分类号：TP391．72文献标识码：A创建产品模型一般有两种途径：一种是由正向速度快等优点，但不具备局部性，修改特征网格的任⋯CAD系统创建，另一种是通过实物模型／样件重建产品控制顶点都会影响整张曲面，局部修改比较困难。模型。基于实物模型／样件建立曲面产品几何建模的NURBS方法采用矩形域参数曲面拟合技术，具有优良关键在于曲面重建的建模技术。对此，国内外学者进的局部形状控制能力和几何不变性等优点，STEP中就行了大量的研究，从不同侧面提

3、出了各种曲面模型的采用了NURBS作为产品几何描述的主要方法，是目前重建技术。纵观这些建模技术，不难发现这些建模技逆向工程中重建曲面建模的主流方法。散乱数据插值术侧重于讨论单独的曲面片建模，忽略了曲面产品的方法以三角Bezier曲面为理论基础，具有构造复杂曲整体属性‘卜。因此，笔者以复杂曲面为对象，系统地面灵活、方便等优点，广泛用在数据的可视化，快速原研究曲面产品重建的建模方法，以期获得满足要求的型制造等方面。由于三角域曲面的拓扑结构和表达形高质量曲面产品。式和现有的CAD／CAM系统采用的矩形域拓扑曲面表l曲面模型重建建模技术达形式不一致，因此它和现有

4、的CAD／CAM系统集成需曲面重建过程实际上就是根据实物模型的几何拓要专用接口。它的基本方法是对给定的散乱数据点进扑信息重建、再现曲面产品的特征过程。由于曲面的复行三角剖分，在三角网格上构造三角B—B曲面片，并杂、多样性，重建曲面的模型不可能由一个曲面模型完使各曲面片满足G1连续。偏微分方程(PDE)方法和能成，而是由一组子曲面模型按一定的约束条件组成一量优化法、小波技术、自由型变形技术等是目前逆向工起，构成完整的重建曲面模型。重建的曲面模型为：程曲面重建几何建模研究中的热点。PDE方法在构造，．1过渡曲面和功能曲面设计应用较多，用PDE方法构造S=nS

5、(P)s．t．：Ck(P)≤自由曲面，曲面的形状由所选择的偏微分方程和边界其中．s(P)为曲面片几何模型，为约束(P)容许条件确定，给定曲面的边界和跨界导矢，就可以生成一的误差。约束有连续性约束、光顺约束等。重建曲面片的几何建模方法有Bezier曲线曲面与张光顺的曲面。另外，可以通过修改边界条件和跨界导NURBS方法、散乱数据插值曲面、偏微分方程方法和矢中的形状参数来调整曲面，曲面调整、修改灵活方能量优化法、小波技术、自由型变形技术等方法。Bezier便。能量法的基本原理为在满足给定的约束条件下，以方法采用逼近原理构造曲面，具有交互设计方便，运算“能量函

6、数”为目标函数，构造具有最小变形能的曲线t收稿日期：2002—04—01作者简介：杜静(1964一)，女，重庆人，重庆大学讲师，重庆大学硕士。主要研究方向为自由曲线曲面造型方法、CAD／CAE、虚拟设计。第25卷第7期杜静等：基于特征的曲面模型重建方法l49曲面。控制曲线曲面形状的约束条件有型值点、切矢和u(o，0，⋯，0，Ⅱ0，Ⅱ】，⋯，Ⅱ+“f，l，l，⋯，1)和法矢、几何连续性、材料特性参数以及外载荷等。能量v(o，0，⋯，0，0，】，⋯，+^+f，l，l，⋯，1)。优化法常用在非四边域曲面构造、网格曲面构造以及1．2连续性约束曲线曲面插值等方面。

7、当曲面比较复杂时，使用单张曲面片往往难以达1．1NURBS曲面重建方法到设计要求，需要首先按曲面特征区域进行分块，构造NURBS方法是一种很有前景的曲面重建建模方光顺的NURBS曲面片，然后再对曲面片进行拼接，构法。NURBS采用统一数学模型定义产品几何形状，解成完整的曲面模型。各曲面片在拼接处需要满足一定决了自由曲线曲面与初等解析曲线曲面描述的不相容的连续条件，逆向工程中重建曲面常采用G和G几问题，通过调节非均匀节点矢量和权因子对曲线曲面何连续条件，其定义为：的形状进行更加有效的控制，为设计提供了较大灵活G连续若两曲面沿公共边界的每一点都有相性。另外，

8、NURBS具有完善的几何计算工具(如节点的同的切平面，并且公共切平面的单位法矢是