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基于带剖视工程图的三维重建算法研究

作　者: 文雅玫
导　师: 孙家广; 张慧
学　校: 清华大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 三维重建剖视图体重建方法语义信息
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由二维工程图重建三维实体模型是计算机辅助设计领域的一个重要研究课题，也是工业、制造业实现信息化的重要技术之一。本文针对已有的三维重建算法无法很好处理带剖视工程图的问题，对其中的关键技术进行了研究。论文工作包括：1以传统的体重建方法为基础，建立了由带剖视工程图重建三维实体模型的算法框架。通过分析剖视图的表达特性，对体重建流程中的每一步进行了讨论。首先，提出了一个同时适用于剖视图和非剖视图的两步搜环算法；然后，提出了环匹配规则和基于线索的基元体识别算法；接着，提出了模型引导的基元体构造算法；最后，根据基元体的虚实性和关联关系，利用布尔运算将其组合，生成最终形体。该算法较好地解决了全剖视图的重建问题，对工程图中剖视的数量没有限制，并且可以处理倾斜的以及相交的二次曲面体。2提出了基于剖视投影语义的基元体识别、构造及验证算法。首先，根据基元体投影完备程度的不同，将其分成显式和隐式两大类，采用一定的优先级顺序启发式地识别。在构造阶段，对于显式基元体，将该问题转换成了一个0-1线性规划问题，用于选择合适的特征操作环；对于隐式基元体，通过理解投影语义获取其三维空间信息。然后，提出了描述基元体和环之间关系的图表示方法。根据该基元体关系图，提出了一个可信度引导的交互式基元体验证算法。该算法可以重建投影不完备的基元体，提高了计算机的识别能力。并且，扩展了可重建剖视图的种类，可以处理全剖视、半剖视、阶梯剖视、局部剖视以及旋转剖视等常见剖视类型。3提出了一个轴类形体工程图的重建算法。该算法首先识别轴类形体中带有语义类型的基本零件，然后构造其三维模型。通过分析轴类形体工程图的特性，将基本零件的识别问题转换成了二维视图中环的分类问题，并利用条件随机场模型这种分类技术解决该问题。对于每类基本零件，建立了相应的参数模板，用于构造其三维实体。算法可重建由单视图、重合断面图和移出断面图表示的轴类形体。与已有重建方法相比，该算法不但可以识别基元体的空间几何属性，还可以直接从工程图中获取它们的零件类别信息，将计算机对于基元体的解析能力从几何层面上升到了高级语义层面。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-27
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 由二维工程图重建三维实体模型的任务描述  10-17
    1.2.1 二维工程图  10-15
    1.2.2 三维实体模型  15-17
    1.2.3 任务描述  17
  1.3 三维重建相关工作分类与综述  17-25
    1.3.1 根据重建技术划分  18-21
    1.3.2 根据工程图类型划分  21-24
    1.3.3 重建算法面临的问题  24-25
  1.4 本文的研究内容及组织结构  25-27
第2章基于体方法的剖视图重建框架  27-56
  2.1 背景介绍  27
  2.2 基本概念和定义  27-29
  2.3 体重建算法流程  29-31
  2.4 搜索二维环  31-36
    2.4.1 两步搜环算法  31-34
    2.4.2 环的虚实性判断  34-36
    2.4.3 实例  36
  2.5 识别基元体  36-44
    2.5.1 剖视图中基元体的投影特性分析  36-39
    2.5.2 环匹配策略  39-40
    2.5.3 基于线索的基元体识别算法  40-43
    2.5.4 实例  43-44
  2.6 构造及组合基元体  44-51
    2.6.1 模型引导的基元体构造算法  44-47
    2.6.2 利用布尔运算组合基元体  47-49
    2.6.3 实例  49-51
  2.7 算法实现与讨论  51-55
    2.7.1 测试实例  51-52
    2.7.2 讨论  52-55
  2.8 本章小结  55-56
第3章基于剖视投影语义的基元体识别及验证算法  56-79
  3.1 背景介绍  56-57
  3.2 基本概念和定义  57-58
  3.3 识别及构造基元体  58-69
    3.3.1 算法概述  58-59
    3.3.2 基于最优化方法的显式基元体构造算法  59-61
    3.3.3 基于投影语义的隐式基元体识别及构造算法  61-67
    3.3.4 实例  67-69
  3.4 验证基元体  69-73
    3.4.1 基元体关系图  69-71
    3.4.2 计算基元体的可信度  71-73
    3.4.3 实例  73
  3.5 算法实现与讨论  73-78
    3.5.1 测试实例  73-75
    3.5.2 讨论  75-78
  3.6 本章小结  78-79
第4章基于条件随机场模型的轴类形体重建算法  79-100
  4.1 背景介绍  79-80
  4.2 轴类形体二维工程图的特性分析  80-81
  4.3 重建算法流程  81-83
  4.4 识别基本零件  83-93
    4.4.1 条件随机场模型  83-84
    4.4.2 基于条件随机场模型的基本零件识别算法  84-92
    4.4.3 实例  92-93
  4.5 构造三维基本零件  93-95
    4.5.1 基于参数模板的构造算法  93-95
    4.5.2 实例  95
  4.6 算法实现与讨论  95-99
    4.6.1 测试实例  95-99
    4.6.2 讨论  99
  4.7 本章小结  99-100
第5章总结与展望  100-103
  5.1 本文工作总结  100-101
  5.2 研究展望  101-103
参考文献  103-110
致谢  110-112
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  112-113

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