基于特征点的离散建模偏置技术研究.pdf

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1、2012年5月中国制造业信息化第41卷第9期基于特征点的离散建模偏置技术研究赵巍，戴宁(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：针对三角网格模型偏置过程中出现的自交和断裂等问题，提出了一种基于特征点的离散建模偏置方法。对网格模型顶点进行几何特征分类，并讨论了不同类型顶点的偏置规则。根据定义的顶点类型、法矢信息及给定距离，生成偏置点集。通过基于体素表示的条柄检验方法，滤除偏置点集中的内部点，实现自交处理。结果表明，生成的模型网格比较均匀，质量较高，在一定范围内能够满足偏置模型的自交处理要求。关键词：偏置；特征点；三角网格模型；离散建模中图分类号：

2、TP391．72文献标识码：A文章编号：1672—1616【2012)09—0038一O5偏置技术作为当下计算机辅助几何设计曲面的偏置方法。纽叶新等[]根据模型采样点及(ComputerAidedGeometricDesign，CAGD)研究领其单位法矢构建隐式曲面，将初始模型顶点投影到域的热点之一，在几何建模及各种CAD／CAM应偏置的隐式曲面后获得投影点，根据先前拓扑关系用中发挥了重要作用。偏置技术在数控加工过程建立偏置模型，该方法在一定范围内解决了较大偏中的形位公差分析、刀具轨迹计算、碰撞检测、快速置距离自交问题，但当偏置距离相对于模型最小曲原型制造、

3、机器人路径规划、三维模型的圆角和倒率半径变得很大时，仍会出现自交。角、薄片实体几何造型等领域应用广泛。针对上述问题，本文提出了一种基于特征点的近年来，随着三维测量、逆向建模技术的飞跃偏置方法。该方法适用于离散建模，主要思路是通发展，三角网格模型因其快速灵活、拓扑适应能力过对三角网格模型进行特征探测，根据特征类型分强等优点，成为目前最流行的三维模型通用表示形类定义顶点，基于特征点及法矢信息构建偏置点式。与连续模型相比，离散网格模型的偏置技术相集，并采用体素表示方法完成自交处理，构建最终关研究相对较少。现有方法主要可以分为以下几偏置模型。类：(1)基于面的偏置方

4、法。Jun等_lJ根据面片法矢方向偏移单个三角片，偏置后产生的断裂和自交1基于特征点的离散建模偏置方法需结合延伸或裁减等后续操作，构建闭合模型，这1．1离散模型偏置定义种方法只适用于特定的领域且运算量巨大。(2)基连续模型的偏置运算是E或E空间里的2于点的偏置方法。为避免偏置断裂和自交，Qu个正则闭子集的闵可夫斯基和与差的特例_5似等_2J提出了基于顶点的偏置方法，将模型的所有设存在一半径为r的球体b，，如图1所示，对于连顶点按法矢方向偏移来生成偏置模型，这种方法只续模型S可定义2种偏置运算如下：能生成小偏置距离的模型，对于大偏移量会出现严重的模型干涉的问题

5、。(3)基于点的多向量等距方法。Kim等J利用网格顶点上的多向量来实现精确偏置，顶点上的向量由与之相连的面的法向确定。当顶点处光滑时，该处只有一个法向，否则有一簟b多个法向。该方法会产生自交，但是对产生的自交未作处理，因此尚需进一步的研究。(4)基于隐式图1连续模型的偏置运算收稿日期：201202—15基金项目：国家科技支撑计划(2【l(】9BAI81Bo2)；江苏省卫生厅医学科研项目(}01034)；江苏省“六大人才高峰”项目(2010一wS081)；中央高校基本科研业务费专项资金(NS2012010)；江苏省电子商务省级重点实验室开放课题作者简介：赵巍(

6、1987)，女，辽宁铁岭人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为数字化设计制造。·现代设计与先进制造技术·赵巍戴宁基于特征点的离散建模偏置技术研究39S十r=S④b(1)果应该是比较均匀的流形网格。然后根据模型特S=So6，(2)征，对网格顶点进行分类定义，再根据特征类型生根据闵可夫斯基和与差运算的定义，有成偏置点集。最后滤除内部点，生成偏置模型。C：A④B={a+bla∈A，b∈B}(3)C=AB=A0B(4)2偏置点集生成对于离散模型，引入一种基于相应连续模型的2．1顶点特征定义采样运算，这样偏置的定义就可由连续曲面拓展到如前所述，三角网格模型可以

7、看作实体模型的离散点集中。当偏置距离r>0时，运算需添加S采样运算。网格顶点对应的实体几何特征可分为：边界外距离不大于r的所有点；r<0时，则需添加点特征、边特征、面特征。顶点特征定义的过程实S边界内距离不大于r的所有点。规则正偏置的际上也是对网格模型进行了特征区域划分。定义初始化网格模型所有顶点为面特征顶点，此时S十r={P：d(P，S)≤r}(5)完整模型曲面可视为对应实体的单个面特征。对式中d(p，S)=inff}P—gf}，其中inf表示q∈，于模型的边特征，采用半自动特征线提取方法完成S时的下确界。由此，如果P在S外，那么最近点口对应边特征的顶点识

8、别。首先计算网格顶点的微位于S的拓扑边界上。对偏置后