面向层积成形表面NC加工的STL三角面片连接及其均匀化

一、引言 快速原型(RP)技术主要是采用层积制造的原理来制造实体模型或者零件的,这不可避免地要产生表面阶梯效应,从而影响成形件的表面质量。RP技术与表面NC加工技术复合是解决这一问题的有效途径,因此需要建立与之适应的软件系统。其中生     

三角网格文件OFF的格式分析及OFF到STL的转化

OFF文件格式是一种用三角网格描述三维模型的常用格式之一,对OFF文件格式的详细分析研究是读取、显示及操作OFF文件的前提条件.针对目前OFF文件的简单分析及处理没有形成一定系统的规范和思路这一问题.以Visual C++6.0为开发平台;以MFC为基础进行可视化界面设计;利用C++语言的标准IO库实现对OFF文件进行读取和写入操作;应用OpenGL编程技术实现对OFF文件的显示;建立OFF文件的读取和显示系统,通过实验验证读取和显示效果,并利用格式转化算法完成OFF文件到STL文件的转换.     

基于STL文件的非均匀网格剖分技术研究

有限差分法广泛用于铸造过程中流场和温度场等的模拟,而对复杂模拟对象进行三维网格自动划分是十分重要的。在传统的网格剖分算法基础上,研究了非均匀剖分的步长自动确定算法,并开发了网格剖分前处理软件。对实际模型的应用研究表明,本算法可以根据铸件的壁厚、拐角等特征自动确定网格空间步长,节省网格剖分所需时间,减少人工参与网格划分的工作量,从而提高了网格剖分效率,为快速求解温度场等物理量奠定了基础。     

一种基于三角网格模型的空洞填补方法

为解决三角网格模型的空洞填补问题,提出一种识别、提取、分离空洞边缘的方法流程,并且利用一种改进的三维多边形三角化算法进行空洞填补。首先,根据网格模型空洞边缘的固有性质,对网格模型的边界边进行提取;然后,对提取的边界边集合进行包括孤立点、非封闭边等异常值的消除;再利用空洞边缘封闭的性质单独分离每个空洞边缘;最后,利用一种改进的三维多边形三角化算法对每个分离出来的空洞边缘进行填补。与通常的空洞填补算法相比,所提出的方法具有更好的鲁棒性,能够处理更复杂更大的空洞边缘和三角网格模型,并且能够最大限度地保持原型,同时对空洞有较平滑的填补效果,在恢复医学三维模型以及数字三维扫描模型的完整性中有很好的应用。     

STL模型分割截面的三角剖分算法

针对分割STL模型时需要对分割截而进行三角剖分的问题,提出STL模型分割截面的Delauay三角剖分算法,将截面轮廓围成区域分成一个或多个区域单元,分别进行Delaunay三角剖分,并按STL模型标准拾取三角形,文中算法不用对分割截面轮廓进行复杂的凸划分和多轮廓的单轮廓化处理,提高了STL模型分割截面的三角剖分效率,尤其适合对具有复杂型腔的STL模型的截面进行三角剖分,应用实例表明：文中算法是正确有效的,具有实用价值。     

基于STL文件的非均匀网格剖分算法

铸件及铸型实体的三维网格自动剖分是金属凝固模拟按实际形状顺利进行的前提条件.文章在传统的均匀剖分算法基础上,提出了基于STL文件三角形面片法向矢量的自适应分层算法.该算法根据给定的加工精度,求出相应的符合精度要求的分层厚度,从而得出剖分该模型的所有平行且间距不等的剖切面,然后根据有限差分均匀网格剖分的算法来实现非均匀网格的剖分.最后用VC++编程通过实例验证,其结果是正确的.     

三角网格的参数化

参数化变形的大小是衡量参数化好坏的标准．基于这个标准,分别从平面参数域和球面参数域对各种参数化方法的保面积性、保角性和等距性进行深入的讨论,并从算法的理论基础、运算时间复杂度、适用范围和数值实现方法等方面作了详细的比较和论述．最后,结合作者在本领域的研究工作,对参数化方法的研究趋势作了一个展望．     

三角网格模型的特征线提取

在反求工程中，散乱数据点云的曲面重构常采用三角网格模型，若将其转换成曲面实体模型则有更广泛的应用，从三角网格模型中提取特征线是转换过程中的重要步骤．在讨论反求工程中数据点云分块方法的基础上，采取“基于边”的方法来提取特征线：先提取特征点，再连接成特征线．根据相邻三角片的法矢夹角和各点主曲率是否为极值，分两次提取特征点，利用三角顶点加权和均匀化等方法减少狭长三角片对特征点提取的计算误差影响，再将特征点分组连接成B样条曲线．文中算法的结果可为B样条曲面分片拟合和建立B-rep曲面实体模型提供依据。     

STL三角形网格模型曲面特征边的提取

针对STL网格模型曲面特征边识别困难的问题,提出一种基于边和面的特征边提取方法。首先遍历网格模型,自适应地获取二面角阈值并根据该阈值识别显性特征边;然后利用最小二乘法估算曲面上顶点的平均曲率,由此计算出三角形面片的近似曲率,并利用相邻三角形的曲率差值来判别其公共的隐性特征边是否为特征边,最后采用改进的断点处特征边提取算法形成完整的特征边界。实验结果表明该方法能够有效地提取STL网格模型曲面网格的特征边,具有很好的鲁棒性。     

各务异性网格生成及其在曲面三角化中的应用

网格生成技术在工程分析，科学计算可视化等领域有着重要的意义，为了快速进行曲面三角化，提出了一种二维各向异性网格生成方法，通过引入椭圆距离和椭圆矩阵，定义了三角形的外接椭圆，从而将Delaunay三角化方法扩展到各向异性环境中，并讨论了各向异性网格的性质，随后将各向异性网格方法应用在曲面三角化当中，并将曲面的第一基本形式作为参数域的椭圆矩阵，同时给出了曲面Delaunay三角化的定义，从而成功地利用了各向异性网格方法对曲面进行三角化，实践证明，不仅其速度要大大快于传统的三角化方法，并且该方法能统一处理各种二次曲面和裁剪NURBS曲面。     

以STL为接口的CAD/CAE集成应用

提出了以STL为接口实现CAD/CAE系统的多对多集成方案,通过对原始STL的分析,检查,纠正以及整合处理,实现了基于STL的三维实体网格自动剖分,生成了可被CAE系统接受的有限元网格数据,实例表明,文中方法简单实用,效果良好。     

基于数据相关性的STL曲面网格快速重建算法

通过分析大量STL文件中的三角形单元数据,发现文件中顺序相邻的2个独立的三角形网格单元至少共一个顶点的概率大约是0.84～0.99,共2个顶点的概率大约是0.67～0.75,表明相邻网格单元数据存在强相关性以及大量的冗余信息.利用这种数据相关性,从概率的角度给出了一条检查冗余点的有效途径,进而得到一种快速的STL三角形曲面网格重建算法.新的曲面网格数据文件存储容量为原来的25%左右,有效地去除了冗余数据.实验结果表明了该算法的高效性及鲁棒性.     

基于三角片拼合的STL网格模型重建算法

采用三角片拼合的方法递增建立网格模型,新增三角片被归纳为5种类型.首先通过半边匹配确定新增三角片的类型;然后针对每一种类型使用不同的方法去除冗余顶点,并同时建立拓扑关系;最后通过顶点数组紧缩消除顶点空隙,将半边hash表转化为半边数组,完成网格模型的重建.该模型为改进的半边结构,具有完整的形状和拓扑信息,可以表示非流形边,是法矢调整、网格分块等后续处理的理想起点.实验结果表明,文中算法高效、鲁棒、可扩展.     

一种提高三角网格模型求交效率的算法

层次包围盒求交算法在求交过程中需要不断分裂包围盒,从而降低了求交效率。针对上述问题,利用该算法可以快速排除不相交三角面片的优点,提出一种更高效的求交算法,通过直接定位2个求交模型可能相交的部位,高效地排除大量不相交的三角面片,得到 2个模型的交线。     

基于三角网格模型简化的研究

三角网格模型需要大量的信息来记录点、边和面之间的连接关系,对于复杂模型更需要大量的存储空间,且在网络上传输的速度比较慢。三角网格模型的简化对于其存储、处理、传输以及实时绘制有着重要的意义。本文在针对国内外关于这一领域相关技术研究的基础上,设计出了一种基于三角形删除的简化算法。该算法首先计算三角形的权重,根据设定的权重差值比例来删除相应的三角网格模型区域,然后再对删除后的区域实行三角网格的重建。最后,以两个实例进行探讨,以原始网格模型与简化后的网格模型进行对比,说明本文所设计的网格模型简化算法即有效地实现了三角网格模型的简化,又保持了三角网格模型原有的基本特征,且使简化的效率得到了提高,达到了令人满意的结果。     

基于2维流形的STL曲面网格重建算法

STL（stereo lithography）作为3D扫描数据和快速原型制造事实上的标准,其广泛应用于娱乐、制造业和Internet等领域.但随着3D模型越来越复杂,数据量越来越庞大,从STL文件难以快速获得完整拓扑关系以及其存在大量冗余信息的缺点,制约着STL网格模型的进一步优化处理与应用.为此,需要针对STL网格模型进行网格重建.本文针对2维流形的STL三角形曲面网格模型,提出了一种快速的网格重建方法.主要利用删除在重建过程中达到饱和的顶点,以便减少需要比对的顶点数,并结合STL文件数据的相关性来提高顶点搜索与比较的效率.对于非封闭的曲面网格,本文算法在提高曲面网格重建效率的同时,还能有效地提取曲面网格模型的边界信息.另外,重建的曲面网格数据文件大大地减少了存储空间,有效地去除了冗余数据.实验结果表明本文算法的高效性及鲁棒性.     

STL格式文件的快速拓扑重建算法

针对立体光刻(STL)文件所表示的图形要素之间缺乏必要的拓扑关系,对STL格式文件进行分析和读取,以哈希表作为查找表快速建立三维模型各要素间的拓扑关系,建立能表示要素关系的点表和面表,利用基于哈希表的拓扑重建算法实现了拓扑结构的快速建立, 算法时间复杂度仅为O(n), 空间复杂度为O(3n+(4+m)f+m)。最后,列举5个实例进行验证测试,实验结果显示,与直接算法和红黑树法相比,所提出的算法用时更少,在普通计算机上重建含有65万个三角面片模型的拓扑结构只需2.3s。     

基于STL文件的Laplacian网格优化算法

针对直接重构得到且以STL文件格式存储的网格模型质量不高的问题, 提出了一种基于Laplacian坐标的网格模型全局优化算法。该算法在提高三角面片质量的同时可以很好地保持原网格模型的局部几何特征, 其核心思想是通过在最小二乘意义下求解由权重控制的包含顶点位置和拉普拉斯坐标双重约束的线性系统来对网格顶点进行重新定位。从实验结果可以看出, 该算法较以往的Lapacian优化算法在对网格细节特征的保持上有一定优势。     

CAD/CAE集成中几何模型自动修复问题的研究

本文通过对CAD/CAE集成中几何模型自动修复过程进行分析，提出了实现几何模型、修复的基本方法，并结合autocad和marc的集成过程给出了自动修复的应用。