模型的逆向工程实体建模技术.doc

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1、基于STL模型的逆向工程实体建模技术内容摘要:摘要：针对以STL数据表示的零件模型，在分析结构件模型几何特点的基础上，提出了一种以几何体素分离与拓扑关系重建为基础的STL模型逆向工程实体建模技术。通过对三角面片的合并实现平面、柱面、锥面等差不多几何体素的分离，并利用Parasolid系统完成体素重构，进一步提取几何体素之间的布尔关系，从而实现含拓扑关系的产品模型重构。利用这一方法，能够实现RE/RP系统与通用CAD系统之间的快速集成，实现产品数据在不同系统之间顺畅传递。模型重建1逆向工程CAD技术与STL模型逆向工程CAD技术一般以数字化测量设备的输出数据为原始信息来源[1]。16

2、/16摘要：针对以STL数据表示的零件模型，在分析结构件模型几何特点的基础上，提出了一种以几何体素分离与拓扑关系重建为基础的STL模型逆向工程实体建模技术。通过对三角面片的合并实现平面、柱面、锥面等差不多几何体素的分离，并利用Parasolid系统完成体素重构，进一步提取几何体素之间的布尔关系，从而实现含拓扑关系的产品模型重构。利用这一方法，能够实现RE/RP系统与通用CAD系统之间的快速集成，实现产品数据在不同系统之间顺畅传递。关键词：STL；逆向工程；实体建模；模型重建1　逆向工程CAD技术与STL模型16/16逆向工程CAD技术一般以数字化测量设备的输出数据为原始信息来源[1

3、]。由于测量方式的不同，数字化测量设备能够分为接触式和非接触式。随着测量技术的进展，不论何种测量方式，产生的测量数据差不多上特不多的，尤其是非接触式的激光测量，能够产生几十万甚至上百万测量点的测量数据。我们将这种数据称为“点云”数据。一般来讲，数字化测量设备都带有数据处理软件。那个软件的要紧功能是对测量设备输出的数据进行初步处理，如去除明显噪声点、多块数据拼合、数据格式转换等。一般的测量设备除了按照自定义格式输出数据外，都提供IGES格式的数据输出。随着软件功能的加强，目前专门多测量设备能够在输出测量数据的同时输出三角网格数据(即通过三角化以后的数据)或者STL格式数据。然而这些S

4、TL格式数据一般没有通过测试(如不保证封闭性，可能存在裂隙等)，不能直接用于逆向工程建模或RP制造。由测量设备输出的STL数据必须通过修补、纠错处理，才能用来进行逆向工程CAD建模。因此，逆向工程中重要的一个环节确实是数据的预处理。本文研究重点是几何模型重建，因此我们使用的数据差不多上通过预处理以后的有效数据，而非来自测量设备的原始数据。2　基于STL模型的逆向工程实体建模16/16STL模型是以三角形集合来表示物体外轮廓形状的几何模型[2]。在实际应用中对STL模型数据是有要求的，尤其是在STL模型广泛应用的RP领域，对STL模型数据均需要通过检验才能使用。这种检验要紧包括两方面

5、的内容：STL模型数据的有效性和STL模型封闭性检查。有效性检查包括检查模型是否存在裂隙、孤立边等几何缺陷；封闭性检查则要求所有STL三角形围成一个内外封闭的几何体[3]。本文中讨论的STL模型重建技术中的STL模型，均假定差不多进行有效性和封闭性测试，是正确有效的STL模型。由于STL模型仅仅记录了物体表面的几何位置信息，没有任何表达几何体之间关系的拓扑信息，因此在重建实体模型中凭借位置信息重建拓扑信息是十分关键的步骤。另一方面，实际应用中的产品零件(结构件)绝大多数是由规则几何形体(如多面体、圆柱、过渡圆弧)通过拓扑运算得到，因此关于结构件模型的重构来讲拓扑关系重建显得尤为重要

6、。实际上，目前CAD/CAM系统中常用的B-rep模型即是基于这种边界表示的差不多几何体素布尔运算表达的。因此STL模型重建的过程如下：首先重建STL模型的三角形拓扑关系；其次从整体模型中分解出差不多几何体素；重建规则几何体素；然后建立这些几何体素之间的拓扑关系；最后重建整个模型。16/162.1　三角形拓扑关系重建STL模型中仅仅包含产品的几何位置信息，而且STL数据中包含大量的重复数据。STL中的三角形顶点是重复记录的，其重复度为N(N为以该点为顶点的三角形数目)。为了在后续步骤中提高运算效率，有必要首先去除冗余数据，提高存储和运算效率[4]，同时建立STL模型三角形拓扑关系，

7、即建立三角形的边信息结构，记录每条边的左右三角形。考虑到排序运算效率，我们采纳双向链表的方式记录每一条边的左右三角形信息。三角形拓扑关系的建立不但精简了STL模型数据，而且是后序几何体素分离的基础。2.2　STL模型几何体素分离16/16由于STL模型是由三角形集合构成的，因此直接利用三角形数据无法将不同的几何体素互相分离。假如将描述模型平面部分的三角形合并，然后提取出平面的边界，利用边界就能够将不同的几何体素区分开来。平面是最简单的几何元素。依照平面特性，我们能够得