探析基于工程图的曲面体重建技术研究

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1、西南交通大学博士学位论文基于工程图的曲面体重建技术研究姓名：张爱军申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：诸昌钤2001.11.1西南交通大学博士研究生学位论文第1页摘要f基于工程图的三维重建技术对实现工程图纸N-维CAD模型的转换具有十分童要的意义。三维重建是在工程图纸经过扫描、细化、分割及矢量化等处理后，提取出几何信息及标注符号信息的基础上进行的。尽管现有的商品化CAD／CAM软件均具备比较完善的三维造型功能，但并不能实现基于工程图的三维重建。火本论文针对传统重建算法中的两个典型问题，即重建的处理效率和重建的形体覆盖域，进行了研究，以期进一步提高处理效率、扩展重建的形体

2、范围。论文首先研究了在基于三视图的三维重建过程中，对原始输入图形进行坐标变换的方法。(将统一坐标下的原始输入图形进行视图分离，建立了由二维原始坐标到空间投影坐标的映射算子，以及各视图问的对应点坐标在二维统一坐标系下的联动约束关系。4针对曲面体线框模型重建，重点研究了由三视图二维投影曲线段构造空1"8J曲线(圆锥曲线)边的方法。瞄先，应用“五点法”构造各视图中投影二：次曲线的代数表达式，并将其转换成相应的几何参数表示形式，然后根据“点对应匹配法”由投影二次曲线段构造相应空间曲线边的坐标参数方程，建立空间曲线边和二维投影曲线段之间的约束关系，同时拟合出空间曲线边的支撑平面。这种构造空间曲线

3、边的方法，既可取消对空间曲线边的投影方位的限制，也增加了空间曲线边及二维投影线段的类型。吱在生成线框模型过程中，提出一种直接利用空间元素(边、点)的投影特性来恢复空间边的方法。嘲显减少了投影匹配的次数，提高了算法的运行效率，对于比较复杂的形体尤为明显。同时消除了线框模型中的虚假点、虚假边和重叠边。心系统地研究了面向三维重建的曲面体线框模型到实体模型的转换方法。(首先，利用线框模型中两相交边的类型来确定其所在表面的类型，改进了空瑚表面的生成算法；改进了传统的用于平面环的“极左邻边扩展法”9将其应用到空间二次曲面上；根据由三视图产生的空间曲面及曲面多边形的特点，提出了“线面交点计数判别法”

4、，用于考察二次曲面上各基环之间的位置关系，并据此构造出所有候选面片；最后，根据正交投影原理和2一流形体的基本性序列”两个概念。通过提取面序列和确定性面序列，压缩了搜索空间，减少了面组合判定次数，提高了处理效率。通过以上工作，基本达到了预期目标。一方面，通过改进算法、压缩处理空间等措施，在几何元素分层重建过程的各阶段不同程度地提高了算法处理效率；另一方面，将重建对象扩展到空间任意位置的二次曲面体，既裳松了传统重建算法对空间曲面体投影方位的限制，又拓展了重建对象的范围。产关键词：三维重建i正投影；线框模型；实体模型；圆锥曲线；2一流形体《西南交通大学博士研究生学位论文第llI页Abstra

5、ctThereconstructionofthree—dimensional(3D)objectsfromtwo-dimensionaI(2D)engineeringdrawingsisanimportantresearchissueinComputerGraphicsandComputer-aidedDesign．Inthisdissertation，ourresearchisfocusedontwotypicalawkwardproblems，ie．，howtoincreasetheefficiencyofthereconstructionprocessandhowtoextend

6、therangeofthereconstructedobjects，whichexistintraditionalreconstructingapproaches．Firstly，amethodisproposedfortransformingtheoriginalinput2Dcoordinatesto3Dcoordinates，whichisthebasicprocessfor3Dreconstructionfromorthographicviews．Withinthemethod，theoriginalinputengineeringdrawingsarefirstsegment

7、edintoviews，namelytopview,frontview,andsideview，andthecorrespondingrelationsofcoordinatesbetweenthemareestablishedaswell．Twosetsof2．5DcoordinatesystemarethenintroducedasintermediatestOrelatethe2Doriginaldrawingsystemtothe3Ds