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基于散乱点云的NURBS自由曲面重构技术的研究与实现

作　者: 张坤
导　师: 姜晓峰
学　校: 苏州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 逆向工程曲面重构 NURBS 拟合精度曲面拼接
分类号: TP391.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 40次
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内容摘要

曲面重构是逆向工程中的核心技术环节之一,对该技术方向的研究对于提高和改善逆向工程技术的整体水平有着重要的意义。由于基于NURBS自由曲面的重构目标曲面具有较好的光顺性、可局部编辑能力、与CAD/CAM系统在产品模型表示方式上相统一等优点逐渐成为曲面重构技术方向的研究热点。本文在总结国内外相关研究成果的基础上,研究并实现了基于NURBS的散乱点云自由曲面重构技术。论文主要研究内容与成果概括如下:1.设计了遵循“点线面”过程的NURBS曲面插值拟合算法,并对其中的关键技术进行了研究。具体包括给出了型值点的过滤和简化算法、设计了通过修正弦长参数化法确定节点矢量的方法、以数学方程求解的方式给出控制顶点反求的方法和给出了基于二分插值的统一节点矢量算法。2.设计了一种适用于NURBS曲面精度评价的基于区域划分的搜索迭代算法。该算法避免了计算发散和盲目搜索,同时也保证了很好的计算精度,较好地解决了计算点到NURBS曲面最短距离的问题。3.为了解决多张自由曲面重构过程中的连续性拼接问题,推导了双三次NURBS曲面的G 0、G 1和G 2连续拼接的条件,并且设计了相对应的G 0、G 1和G 2连续拼接算法,实现了双三次NURBS曲面间的光滑拼接。上述NURBS曲面重构算法均已在原型系统上进行了实现,算例结果验证了本文算法研究成果的正确性与可行性。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-16
  1.1 逆向工程技术概述  8-11
    1.1.1 逆向工程的概念  8-9
    1.1.2 逆向工程的应用  9-10
    1.1.3 逆向工程技术的研究现状  10-11
  1.2 自由曲面重构技术及其研究现状  11-13
    1.2.1 自由曲面重构技术的介绍  11-12
    1.2.2 自由曲面重构技术的研究现状  12-13
  1.3 论文选题依据、研究内容、目的及意义  13-14
  1.4 论文结构  14-16
第二章单张NURBS 曲面的拟合技术  16-36
  2.1 引言  16
  2.2 B 样条和NURBS 的基本概念  16-19
    2.2.1 B 样条理论  16-18
    2.2.2 NURBS 曲线和曲面  18-19
  2.3 单张NURBS 曲面的拟合过程  19-23
    2.3.1 整体技术路线分析  19-21
    2.3.2 本文采取的拟合流程  21-23
  2.4 单张NURBS 曲面拟合过程的具体实现  23-32
    2.4.1 型值点的过滤  23-25
    2.4.2 型值点的简化  25-26
    2.4.3 节点矢量的确定  26-28
    2.4.4 控制顶点的反求  28-30
    2.4.5 统一节点矢量  30-32
  2.5 实验结果与分析  32-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章 NURBS 曲面拟合精度分析  36-49
  3.1 引言  36
  3.2 曲面拟合过程中误差来源的分析  36-39
    3.2.1 源于型值点选取的误差  36-37
    3.2.2 源于型值点过滤和简化的误差  37-38
    3.2.3 源于统一节点矢量的误差  38-39
  3.3 模型精度评价  39-43
    3.3.1 模型精度的概念及其评价指标  39-40
    3.3.2 拟合精度的概念和意义  40-41
    3.3.3 空间任意点到曲面的最短距离  41-43
  3.4 基于区域划分的搜索迭代算法  43-48
    3.4.1 算法介绍  43-46
    3.4.2 实验结果与分析  46-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章多张NURBS 曲面的连续性拼接  49-68
  4.1 引言  49
  4.2 曲面连续性的数学基础  49-52
    4.2.1 曲面的参数连续性  50-51
    4.2.2 曲面的几何连续性  51-52
  4.3 样条曲面拼接已有典型方法分析  52-54
  4.4 双三次NURBS 曲面的G0 连续拼接  54-57
  4.5 双三次NURBS 曲面的G1 连续拼接  57-61
  4.6 双三次NURBS 曲面的G2 连续拼接  61-64
  4.7 实验结果与分析  64-67
  4.8 本章小结  67-68
第五章原型系统的设计与实现  68-78
  5.1 引言  68
  5.2 原型系统设计  68-70
    5.2.1 功能模块结构  68-69
    5.2.2 结构化分析  69
    5.2.3 系统界面设计  69-70
  5.3 原型系统实现  70-72
    5.3.1 系统开发与运行环境  70-71
    5.3.2 算法的封装和相关数据结构  71-72
  5.4 典型算例  72-77
    5.4.1 圆柱点云模型算例  73-75
    5.4.2 Mickey 点云模型算例  75-77
  5.5 本章小结  77-78
第六章总结与展望  78-80
  6.1 总结  78-79
  6.2 进一步研究的展望  79-80
参考文献  80-84
攻读硕士学位期间公开发表论文  84-85
致谢  85-86

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