逆向工程中的点云处理

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1、摘要20世纪90年代以来，激烈的市场竞争对产品研制开发的时间和产品的更新换代速度提出了越来越高的要求，运用新的设计制造技术来满足市场需求层出不穷，其中在产品设计制造领域中广泛采用了逆向工程(ReverseEngineering，RE)来缩短产品研制时间。RE指的是根据现有的产品模型，利用数字化测量设备获取实体数据，然后对这些数据进行拟合，构建一个完整的CAD模型，因此逆向工程可以分为三个过程一数据采集(dataacquisition)，数据处t!里(dataprocessing)，抽象建模(abstract&model)。本文主要研究后二个方面的内

2、容～即如何高效的处理、显示实体数据(数据处理的内容)以及后续的抽象建模一如特征的提取、曲面的拟合。随着测量设备的数字化，自动化，精度程度的不断提高，模型的测量数据呈快速增长趋势。目前一般的激光测量设备可以从产品表面轻易获取数十万甚至几百万的测量数据。如此巨量的测量数据不仅加大了系统的负荷，而且大大降低了后续处理的效率。因此在抽象建模之前，对点云数据进行预处理显得尤其重要。本文将详细论述了点云预处理，其中包括的主要内容有：点云的采样、平滑滤波，点云的分割融合，坐标变换，数据的派生和重组，数据的排序和矢量化。在总结点云预处理的各方面内容目前处理方法和研

3、究情况的同时，本文亦提出对一些算法上的改进，尤其是点云的采样中，本文提出了一种新的在大规模采样过程中保留边界点的算法。预处理完后的下一步是抽象建模。本文中点云的建模主要包括特征线和特征面的提取。特征线的提取简单的有二种方法，一种是点云数据通过构造三角化网格，根据三角网格的拓扑关系可以检测出大略表达实体的特征线，另一种直接由点云数据拟合、数据排序构造出轮廓特征线一本文将详细论述这种方法。特征曲面的提取与特征线类似，有多种方法：可以以特征线为基础生成曲面，如放样法(10fting)、BoundUVCurveNetwork方法，也可以直接通过点云数据直接

4、拟合曲面。前者曲面受特征线的方向影响很大，特征线的方向代表着曲面矢量方向，如果特征线方向不正确，往往会得到不正确的曲面形式，甚至完全失去实体原来的形状特征。而后者则相反，可以生成很高精度的曲面。因此本文详细论述由点云拟合成二次曲面的方法。本文的研究内容是详细论述了逆向]：程中点云处理的主要内容：包括对测量数据的处理和抽象建模一特征线提取、曲面的拟合。本文的主要贡献在于在分析、总结目前点云预处理的各方面内容后，尤其是点云采样，边界特征提取，二次曲面拟合等方面提出了一些创新的想法和以后的发展展望。关键字：逆向工程；点云；点云处理：采样；边界特征；二次曲

5、面：曲面拟合浙江大学硕士学位论文第一章引言1．1国内外研究动态第一章引言计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)是计算机应用最重要的领域之一。设计是人类认识世界和改造世界的重要活动。从飞机、轮船、建筑、直至家居、器皿，一切制造及工程行业无不需要设计。随着计算技术的不断发展，CAD技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化的重要标志之一[1]。计算机辅助设计可以有效的提高设计的速度与质量，从而产生十分显著的经济效益。如果将设计、制作、工艺处理、管理等多个步骤用计算机集成处理，则产品的整个生产效率与质量可获大大

6、的改善。CAD技术起步于20世纪50年代后期，先后经历了二维绘图、线框造型、曲面造型、实体造型、参数化设计等几个发展阶段。经过40年的发展，传统的CAD技术已经渐趋成熟，并且在制造业和其他行业获得了广泛的应用[2]。图表一．1逆向工程实旌原理简图在CAD领域，还存在着一种发展中的造型技术，就是逆向工程(ReverseEngineering，RE)技术[3]。逆向工程，可以简单地定义为“理解原始的设计意．4．．浙江大学硕士学位论文第一章引言1．1国内外研究动态第一章引言计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，CAD)是计算机应用最重要

7、的领域之一。设计是人类认识世界和改造世界的重要活动。从飞机、轮船、建筑、直至家居、器皿，一切制造及工程行业无不需要设计。随着计算技术的不断发展，CAD技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化的重要标志之一[1]。计算机辅助设计可以有效的提高设计的速度与质量，从而产生十分显著的经济效益。如果将设计、制作、工艺处理、管理等多个步骤用计算机集成处理，则产品的整个生产效率与质量可获大大的改善。CAD技术起步于20世纪50年代后期，先后经历了二维绘图、线框造型、曲面造型、实体造型、参数化设计等几个发展阶段。经过40年的发展，传统的CAD技

8、术已经渐趋成熟，并且在制造业和其他行业获得了广泛的应用[2]。图表一．1逆向工程实旌原理简图在CAD领域，还存在着一种发展