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Proe逆向建模关键技术之曲面重建

发布日期:2014-07-19  来源:百佳学习邦  作者:李勇  浏览次数:2787
核心提示:Proe曲面重建 零件表面通常由若干不同类型的曲面构成,因此在Proe曲面重构时,需要对点云数据进行分割处理,针对每一片点云用恰当的曲面来拟合。曲面重构通常包含以下几个步骤: 1、点云中数据点之间拓扑关系的建立。 2、几何特征的提取及自动分割。 3、分片点云的曲面重构。
proe逆向建模关键技术
Proe曲面重建
零件表面通常由若干不同类型的曲面构成,因此在Proe曲面重构时,需要对点云数据进行分割处理,针对每一片点云用恰当的曲面来拟合。曲面重构通常包含以下几个步骤:
1、点云中数据点之间拓扑关系的建立。
2、几何特征的提取及自动分割。
3、分片点云的曲面重构。
 
阵列点云中的数据点呈规则的阵列形式排列,因此数据点之间的拓扑关系已经隐含在其中,每一个点的位置由其所在的行和列确定;而对于散乱的数据,原始点云中的数据点没有明确的拓扑关系,因此需要重新建立它们之间的拓扑关系,通常采用三角剖分的方法建立散乱数据之间的拓扑关系。
Proe逆向建模关键技术之曲面重建

 
在建立了点云数据之间的拓扑关系后,需要在此基础上提取物体表面的几何特征信息,如边界线等,然后利用这些特征将点云数据分割。目前有两种不同的点云分割方法,即基于边界的方法和基于区域的方法。
 
基于边界的方法是先寻找曲面之间的边界点,然后将这些找到的边界点拟合出各分片点云之间的边界线,再利用这些边界线及其包围的分片点云拟合出曲面。这种方法存在以下问题:
1、敏感数据,特别是光学测量得到的数据,在清晰边界处不可靠。
2、可用于数据分割的点的数目少,仅限于采用边界点的范围内,这意味着大量其他点的信息不可以用来辅助生成可靠的曲面片。
3、寻找光滑边界点,即切矢连续或更高阶连续的点十分困难,这是由噪点和测量误差引起的,另一方面,如果先对数据进行光滑处理以减少误差,那么可能使计算出的点的曲率和法矢发生变化,而且过滤噪点可能会移动特征的位置。
 
基于区域的方法采用相反的顺序来生成曲面,它从种子点开点,假设种子点及其领域属于某一类型的曲面,在种子点周围逐渐加入属于这一曲面的邻接点,邻接点不断增长,真到没有属于当关区域的相邻的点,这些点构成了具有相同属性的点云连通区域,作为一片需要重构曲面的原始点云数据。可以在零件表面的不同区域选取种子点,并进行处理,生成不同的点云,然后通过合并、延伸、相交等操作来得到各片点云之间的边界。这种方法具有以下优点:
1、使用了更多的点,最大限度地利用了所有可以得到的数据。
2、可以直接确定哪些点属于曲面。
3、直接提供了点云数据的最佳拟合曲面。
但也存在一些缺点。
1、很难选定最佳的种子点。
2、必须根据属于当前区域的点小心地更新假设,如果加入了坏点,那么会破坏对当前曲面属性的估计。
3、无法表示出一张复杂的自由曲面,而且可能会生成很多的细小平面或二次曲面,得不到预期的结果。
 
点云数据经过分割处理后,就得到了多片相互邻接的点云以及它们之间的边界。根据曲面拓扑形式的不同,可以将曲面重构方法分为两大类:
1、基于矩形域曲面的方法。
2、基于三角域曲面的方法。
四边域网格曲面建模是面向有序数据点的曲面建模,而三角域曲面建模是面向散乱数据点的曲面建模。
 
在计算几何里,常用的曲面模型的昆氏、贝兹、B样条、非有理B样条等,它们对应三维空间的一个矩形参数域,曲面边界由四条边界曲线表示,这类曲面的拟合方法得到了广泛的研究和应用。其中非有理B样条方法(Proe采用的)具有很多突出的优点:
1、可以精确地表示二次规则曲面,从而能用统一的数学形式表示规则曲面和自由曲面。
2、具有可影响曲线、曲面形状的权因子,使形状更易于控制和实现。
由于非有理B样条方法的这些突出优点,标准化组织于九一年分布了关于工业产品数据交换的STEP国际标准,将NURBS方法作为定义工业产品几何形状的唯一数学描述方法,各种成熟的商业化CAD/CAM软件也普遍采用NURBS方法作为自由曲面模型的标准。
 
为了弥补矩形域曲面拟合散乱数据和不规则曲面的不足,人们探讨了采用三角域贝兹曲面拟合或直接利用三角网格离散曲面进行重构的技术。三角域贝兹曲面拟合是以Boehm等提出的三角贝兹曲面为理论基础,上个月构造灵活、适应性好等特点,因而在散乱数据点曲面拟合中能有效应用。三角域贝兹曲面拟合一般包括三个步骤:
1、三角剖分,对型值数据进行三角剖分,以建立其拓扑关系。
2、曲线风格的建立,对每一三角形边进行贝兹曲线拟合。
3、G1曲面的建立,在保证相邻曲面片间达到G1连续的条件下,用三角曲面片填充曲面网格。
三角曲面能够适应复杂的形状及不规则的边界,因而在对复杂型面的曲面构造过程中以及在逆向工程中,具有很大的应用潜力。其不足之处在于所构造的曲面模型不符合产品描述标准,并与通用的CAD(Proe、UG等)系统通信困难。
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