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基于CATIA的汽车虚拟造型逆向建模研究

作　者: 易红州
导　师: 朱东华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 车辆工程
关键词: 逆向工程车身造型数据交换虚拟点云拟合
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 184次
引　用: 1次
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内容摘要

在传统汽车造型设计中,人们首先手绘出作品,然后制作油泥模型,评审通过再进入基于油泥模型的实物逆向阶段。基于油泥模型的车身造型设计,一是需要额外的专业油泥模型制作人员,模型制作时间长,而且修改麻烦;二是对定型的油泥模型进行三坐标测量需要使用昂贵的测量设备,成本高,对测量得到的点云数据还需要经过对齐、剔除坏点、滤波等烦琐的前期处理,数据处理量大,容易放大累积误差。本文在避开对油泥模型的三坐标测量环节的情况下,通过STL文件提取了计算机辅助造型软件设计的一款城市SUV车型的车身虚拟点云,并结合线框模型完成了车身曲面的逆向重建。文中采用的软件平台主要为Rhino和CATIAV5,其曲面建模都是基于NURBS方法的。本文在介绍曲线曲面理论的基础上,分析了NURBS方法在CATIAV5中的应用。由于涉及到不同的软件平台,需要进行不同软件之间的数据交换,在对具有可行性的三种数据交换方案进行分析后,选定了中间格式作为本文前期数据交换的方式,并以IGES和STEP两种数据格式对本文的模型做了详细的对比测试,选定最佳方案完成了数据交换。为了得到车身模型的虚拟点云,研究了从STL文件中提取合适的点云的方法。在CATIAV5中,对虚拟点云进行了预处理,包括数据精简、边界修正、三角铺面以及网格优化。基于优化后的网格,利用曲线与曲面的拟合原理完成了车身主曲面的拟合,并将统计学原理引入到曲面拟合的精度评价中,保证了重建后的模型对原始模型的仿形精度。最后运用桥接与填充相结合的手段进行了车身主曲面的拼接,完成了整个车身模型的重建。研究表明,省略油泥模型制作及实物逆向阶段,对车身虚拟造型进行软件逆向重建是可行的。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-13
  1.1 课题研究的背景和意义  7-8
  1.2 相关技术的国内外研究现状  8-11
    1.2.1 逆向理论的国内外研究现状  8-10
    1.2.2 模型重建技术的国内外研究现状  10-11
  1.3 本课题主要研究内容  11-13
第2章 CAGD及其在CATIAV5 中的应用  13-25
  2.1 CAGD概述  13
  2.2 CAGD曲线与曲面理论  13-18
    2.2.1 曲线与曲面的数学表达  13-15
    2.2.2 曲线曲面的矢量曲率以及连续性  15-18
  2.3 曲线曲面理论在CATIAV5 中的应用  18-24
    2.3.1 曲线曲面的NURBS方法  18-19
    2.3.2 权因子对NURBS曲线曲面形状的影响  19-22
    2.3.3 NURBS在CATIAV5 中的应用  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章数据交换  25-35
  3.1 常用的CAD数据交换标准与格式  25-29
    3.1.1 DXF格式  25-26
    3.1.2 ACIS与Parisolid  26
    3.1.3 STL格式  26
    3.1.4 IGES标准  26-27
    3.1.5 VDA-FS标准  27-28
    3.1.6 STEP标准  28-29
  3.2 数据交换测试  29-34
    3.2.1 曲面模型的数据交换测试  29-32
    3.2.2 曲线模型的数据交换测试  32-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章重建方案选择与数据预处理  35-47
  4.1 重建方案探讨  35-38
  4.2 数据预处理  38-46
    4.2.1 坐标变换  38-39
    4.2.2 STL模型输出  39-41
    4.2.3 虚拟点云过滤  41-44
    4.2.4 虚拟点云网格化与网格面优化  44-46
  4.3 本章小结  46-47
第5章模型重建  47-64
  5.1 点云分割  47-48
  5.2 曲线重建  48-55
    5.2.1 曲线重建原理  48-51
    5.2.2 曲线的整体拟合  51-53
    5.2.3 曲线分段拟合  53-54
    5.2.4 曲线光顺处理  54-55
  5.3 曲面重建  55-62
    5.3.1 曲面拟合原理  55-56
    5.3.2 曲面拟合参数分析  56-58
    5.3.3 曲面拟合精度分析  58-59
    5.3.4 车身主曲面拟合  59-61
    5.3.5 车身曲面拼接  61-62
  5.4 快速成型制造  62-63
  5.5 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

基于CATIA的汽车虚拟造型逆向建模研究

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