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三维网格模型重建与优化系统的研究和开发

作　者: 吴志芳
导　师: 段黎明
学　校: 重庆大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 工业CT 网格模型 三维重建 网格平滑 网格简化
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
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内容摘要


为充分利用工业CT技术在逆向工程领域的应用优势,本文开发了一个以基于工业CT断层图像的三维网格模型重建和优化软件系统——3DRCS(3D Re-Construction System)软件系统。该系统可由CT图像系列重建出产品三维网格模型。为使网格模型满足各种后续应用,本文还为软件系统添加了端面修复、网格平滑、网格简化等优化功能,这些功能模块衔接有序。首先,介绍了本文的总体思路及软件的主要功能模块。针对主要研究对象——三维网格模型中的复杂拓扑关系,本文为各几何元素建立了相应的元素类,并引入链式Hash表作为管理各元素类的数据结构。拓扑关系的剖析和数据结构的建立,为后续的重建和优化打下基础。然后,本文研究了基于工业CT断层图像的三维重建方法。针对MC(Marching Cubes)与MT(Marching Terahedra)重建方法的不同特点,将两种重建方法运用于软件系统,以满足各种重建要求。为保证模型的封闭和完整,本文通过添加体元来保证重建出来的模型上下端面封闭,通过引入复杂多边形Delaunay三角剖分方法来填充被分割过模型的端面。为消除网格模型表面的凹凸不平,本文汲取顶点预测平滑、拉普拉斯平滑和曲率平滑方法的特点,引入了一种新的特征保持网格平滑算法。该方法在保持模型特征的前提下,有效地提高模型表面的光顺度,而且平滑处理后的网格规则性良好。为便于模型的显示、传输和处理,需要对模型数据进行简化。本文引入了一种基于顶点预测的网格简化方法。该方法充分利用顶点预测方法的特征保护特点,并引人了角度误差控制方法,使网格简化能够尽可能不破坏模型的特征和光顺度。最后,本文提出和引入的算法都在所开发的3DRCS软件系统中得到实现。为实现模型的实时显示和提高软件的实用性,软件系统还提供了平移、旋转、缩放、剖视等显示与交互操作功能。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-15
  1.1 课题背景及问题提出  8-11
    1.1.1 逆向工程技术概述  8-9
    1.1.2 工业CT 技术概述  9-10
    1.1.3 工业CT 技术在逆向工程的应用  10-11
  1.2 基于工业CT 生成重建和优化的研究现状  11-12
  1.3 课题来源  12-13
  1.4 课题的研究内容和意义  13
    1.4.1 研究内容  13
    1.4.2 研究意义  13
  1.5 本文的组织结构  13-15
2 总体思路与相关概念  15-23
  2.1 总体思路  15-16
  2.2 三维网格模型  16-18
  2.3 网格元素的拓扑关系  18-20
    2.3.1 网格中的几何元素  18
    2.3.2 网格中的拓扑关系  18-20
  2.4 基于链式散列表的数据结构  20-22
  2.5 本章小结  22-23
3 基于工业 CT 图像的网格重建  23-34
  3.1 体数据获取  23-24
  3.2 三维重建方法  24-25
  3.3 MC 算法  25-28
    3.3.1 体元与等值面的位置关系  25-27
    3.3.2 构造等值面  27-28
    3.3.3 MC 算法实现流程  28
  3.4 MT 算法  28-29
  3.5 网格端面修复  29-33
    3.5.1 修改体元方法  29-30
    3.5.2 端面填充  30-33
  3.6 本章小结  33-34
4 网格平滑处理  34-46
  4.1 网格平滑概述  34-37
    4.1.1 相关内容  34-36
    4.1.2 典型平滑算法简介  36-37
  4.2 基本概念  37-39
    4.2.1 网格元素间的拓扑关系  37-38
    4.2.2 网格顶点的法向量  38-39
    4.2.3 噪声与特征  39
  4.3 网格平滑方法  39-42
    4.3.1 基本思路  39
    4.3.2 基本内容  39-42
  4.4 平滑效果  42-44
  4.5 本章小结  44-46
5 网格模型的简化  46-55
  5.1 三角形折叠法  46-47
  5.2 顶点预测  47-48
  5.3 误差控制  48-51
    5.3.1 角度误差与距离误差  49-50
    5.3.2 误差控制  50
    5.3.3 边界保持  50-51
    5.3.4 三角环区域处理  51
  5.4 算法描述  51-52
  5.5 实例及比较  52-54
  5.6 本章小结  54-55
6 系统设计与功能实现  55-64
  6.1 软件设计与功能  55-56
  6.2 软件实现  56-60
  6.3 应用实例  60-63
  6.4 本章小结  63-64
7 结论与展望  64-66
  7.1 结论  64
  7.2 展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  70
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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