基于自组织网格的涡轮叶片NURBS曲面重构

涡轮叶片的制造过程中,常采用有限元方法进行铸造变形控制。本文研究了针对有限元网格离散点的NURBS曲面重构方法。方法包括4个步骤:(1)基于网格相邻点分析的边界曲线提取和初始曲面构造;(2)具有自组织特征的基于曲率的离散点抽样和压缩,并进行曲面分片;(3)采用叠代法进行NURBS曲面逼近;(4)简化的NURBS曲面拼接算法。对工程数据的处理结果分析表明,该方法的数据处理精度可以达到工程要求,并且能够较好地保留数据的几何特征。     

反求工程中复杂多面体模型的网格简化算法

提出一种新的基于顶点删除准则的多面体模型简化算法.该算法使用局部几何和拓扑特征移去满足简化标准的顶点,并对移去顶点后产生的空洞进行剖分区域划分,进而分别进行局部三角化.算法实现简单、速度快,能够有效处理高斯曲率近于零而平均曲率较大的网格,解决了以往一些算法对此根本不能进行简化的问题.实验表明,该算法可以简化具有复杂拓扑结构的网格模型,适用于在反求工程中获得的以重构精度为主要目标的多面体模型的简化.     

基于压缩索引的二阶四面体网格等值面抽取方法

基于二阶10节点四面体网格单元可视化过程中存在的等值面拓扑、三角等值面片结果的计算、存储及传输代价问题,提出了基于压缩索引的等值面抽取方法。为真实表现网格单元内部等值面片拓扑结构并克服其二义性,分析并简化了二阶10节点四面体单元等参插值函数,提出顶点、棱边、表面间的关系矩阵,分别在网格单元棱边、表面及体内计算提取可以表现等值面几何拓扑特征的等值点,设计了关键点匹配规则;结合三类插值点间的逻辑关系制定了令拓扑准确唯一的等值面片三角化及优化策略,设计了辅助三角化、图像优化及绘制过程的可分裂式三角面片压缩索引结构,提出了针对初始面片及优化后面片存储结构的分裂策略。试验结果证明,该方法可准确描述及确定二阶四面体网格单元内部等值面片的唯一拓扑结构,基于压缩索引结构的计算及优化分裂方法简捷有效,可适应不同的精度要求,大幅降低了计算与绘制传输中产生的代价。     

面向数控粗加工的自适应细分

为获得加工余量均匀的数控粗加工模型,提出了一种基于面误差的自适应细分算法.该算法以细分后的控制网格与极限曲面之间的最小距离和粗加工余量作比较,确定均匀细分次数.将均匀细分后的网格向极限曲面投影形成覆盖网格,再以覆盖网格和极限曲面之间的距离作为自适应细分准则,对不能满足精度的区域进行自适应细分.实验结果表明,在给定的精度范围内,该算法能够大幅度抑制细分过程中网格数量的快速增长,并能获得与原始算法光顺程度基本一致的曲面,大大提高了模型的后处理速度.     

体素模型表面优化提取方法及图形显示

三维体数据的显示方法有2种直接体绘制方法和间接体绘制方法。本文首先比较了这2种体数据显示方法的优缺点,然后介绍了基于渐进立方体(MarchingCubes)方法的间接体绘制方法。根据压缩形式的体素模型特点,提出了一种新的体素模型表面三角网格提取优化算法,该算法利用材料变化信息直接在位于物体表面的体素模型中提取表面三角网格,与传统的MarchingCubes算法相比,该算法不仅可以跨越物体外部全空的体素,还可以跨越位于物体内部全实的体素。该方法在基于Voxel模型的五坐标数控加工仿真系统中得到了应用,测试结果表明,采用该方法提取体素模型表面三角网格时可以提高效率2~3倍。     

基于四叉树的视点相关LOD地形仿真算法研究

针对大地形的实时显示问题,研究了基于四叉树的视点相关LOD地形算法,提出了基于最小二乘法的粗糙度求取算法,并在此基础上建立了有效的基于块的节点简化准则,通过该准则提出了消除T型裂缝、解决地形突起现象的方法,实现了精简网格而必要的细节没有损失.仿真实验证明该方法能够能够流畅连贯的实现大地形的实时绘制.     

离散数据环境下复杂曲面检测点布局策略研究

根据采样策略进行采样点的选择和布局,是对复杂曲面加工质量进行检测轨迹规划的重要内容之一.针对一般曲面采样点布局算法用于离散数据环境下复杂曲面测点布局存在的局限性,通过分析离散数据环境下复杂曲面数据的特点,引入局部网格曲率特性参数,构建基于三角面片微分几何特性的网格简化方法,从而提出基于网格简化的复杂曲面离散数据检测点布局策略,并建立不同层次网格之间距离值相对于简化三角形数量的拟合曲线方程,验证曲率权值优化方法在离散数据环境下对提高复杂曲面采样点布局精度的有效性.     

基于涡轮叶片有限元分析离散数据点的NURBS曲面重构

为解决有限元方法产生的三角网格数据不利于进行后续的曲面编辑和加工的问题，提出了一套算法将有限元网格逼近为造型和加工常用的NURBS曲面。首先对有限元网格进行预处理，提取出边界曲线并构造出初始曲面；通过基于曲率的自由曲面抽样网格规划方法，将海量离散数据点进行压缩及建立四边域网格，方法具有自组织和压缩比率用户可控等特点；采用迭代逼近的方法进行NURBS曲面拟合，在保证拟合精度的前提下提高了曲面光顺性。对真实叶片数据的处理证明了算法的实用性。     

反求工程中复杂多面体模型的网络简化算法

提出一种新的基于顶点岫除准则的多面体模型简化算法,该算法使用局部几何和拓扑特征移去满足简化的顶点,并对移去顶点后产生的空洞进行剖分区域划分,进而分别进行局部三角化,算法实现简单,速度快,能够有效处理高斯曲率近于零而平均曲率较大的网络,解决了以往一些算法对此根本不能进行简化的问题,实验表明,该算法可以简化具有复杂拓扑结构的网络模型,适用于在反求工程中获得的重构精度为主要目标的多面体模型的简化。     

基于区域曲率特性的网格模型简化算法

对目前网格模型简化中的特征保护问题,提出了一种基于区域曲率特性的网格模型简化算法。利用混合过渡特征提取算法提取模型特征并进行区域分割,获得模型的特征区域与非特征区域,然后根据区域曲率值大小及面片数量进行简化量调整分配。研究了基于面积权值的QEM简化算法,并对各个区域进行独立简化,以实现不同网格区域简化过程的优化。通过实例验证比较,所提出的基于区域曲率特性的简化算法比整体简化算法和线性比例分配简化算法具有更优的简化效果和精度。     

基于小波网络的数据压缩方法研究

针对过程控制系统中的历史数据,给出了一种基于小波网络的数据压缩算法,详细描述了其实现原理和计算步骤,并对一造纸厂的压力数据进行压缩和还原。仿真结果表明,该算法具有参数收敛速度快、数据压缩比高的特点,小波网络在过程控制系统中信号处理方面的应用是完全可行的。     

一种基于 U 2 -Net 模型的电阻抗成像方法

电阻抗成像(EIT)是一种实现场域内电导率分布情况图像重建的成像技术。传统的电阻抗成像算法成像精度较低,为解决此问题,提出一种基于U~2-Net深度学习模型的新型电阻抗图像重建方法。首先,以U~2-Net模型为基础,创新地提出了拼接层(CAT)的概念用于数据扩展,使得U~2-Net的输入层结构简单,运算速度快;其次,使用仿真数据集对该网络进行训练,使用验证集选择最优的模型参数,结果表明,提出的算法测量精度高、鲁棒性好,在仿真数据集的表现优于其他算法。最后,提出一种新的EIT成像质量评价指标:中心和面积误差(CAE)用于验证算法在实验中的表现,实验结果表明,所提算法的CAE为4.975,对于目标物的中心和面积预测更为准确,成像效果优于其他对比算法。     

交互式自适应模型简化与转换技术研究

获得CAE、虚拟现实系统下的数字模型的最主要方式是对CAD模型进行简化和转换，本文提出的交互式自适应模型简化与转换技术解决了从CAD模型到CAE、VR模型的自动简化与转换过程，详细阐述了该方法涉及到的一些主要技术，包括CAD模型自动简化技术、模型转换技术、面片聚类技术、面片简化技术等。     

Local Mesh Decimation for View-Independent Three-Axis NC Milling Simulation

The view dependency of typical z-buffer-based NC simulation methods is overcome by a polygon rendering technique that generates polygons to represent the workpiece, thus enabling dynamic viewing transformations without reconstruction of the entire data structure. However, the polygon rendering technique still has difficulty in realising real-time simulation owing to the limited performance of current graphics devices. There-fore, it is necessary to develop a mesh decimation method that enables rapid rendering without loss of display quality. To meet this requirement, in this paper, a new mesh decimation algorithm is proposed for a workpiece which is represented by the z-map structure and whose shape is dynamically changed by the tool. In this algorithm, the z-map data for the workpiece are divided into several regions, and a triangular mesh is constructed for each region. Then, if the tool cuts any region, its mesh is regenerated and decimated again. Since the range of mesh decimation is confined to a few regions, the reduced triangles for rapid rendering can be obtained in a short time. This local mesh decimation method may contribute toward realising the polygon rendering-based NC simulation in real-time on computers equipped with general graphics cards.     

星光制导中的凸多边形星图识别算法

提出了以凸多边形为基元、完全不依赖于星等的星图识别算法。首先,构造全部导航星的14°视场模式,共9 176个。然后逐一把这些视场中的导航星投影到像平面,得到一系列的点。依其坐标排序,采用由平面上的点生成凸多边形的算法,就能得到唯一的、以恒星为顶点的凸多边形。在导航星表中以凸多边形为储存单元,其内容为凸多边形的边和顶角。为此,设计了以导航星凸多边形和观测凸多边形之间距离最小为准则的识别算法。针对星光制导的导弹观星时间很短,提出了根据弹道生成弹上导航星表的方法,其导航星表只需存储30颗星的75个凸多边形。仿真结果表明:在任意视场中,基于凸多边形的星图识别成功率高于99%,并具有较强的鲁棒性。     

多面形非圆曲面数控磨削加工实时插补方法研究

对任意n面形非圆曲面数控磨削加工控制与实时插补方法进行了系统研究，建立了多面形非圆轴孔连接数控磨削加工运动控制模型。提出一种多坐标联动基于圆心角分割的轨迹实时插补算法，给出了按型面曲率变化保持磨削表面速度均匀的进给速度实时自调整方法，成功地解决了多面形非圆曲面数控加工轨迹实时插补技术问题。     

多边形网格模型简化算法综述

系统介绍了多边形网格模型简化算法,给出了基本术语和算法分类,在此基础上对各种算法的优缺点进行了分析,然后根据误差控制、简化速度等指标对各种算法进行了对比,并对简化算法的选择给出了相应的建议,最后对简化算法在产品异地协同设计中的应用以及深层次问题进行了探讨.     

机械装配模型中齿轮副的自动识别

探讨了从CAD装配模型中识别齿轮副的自动识别算法.在对齿轮特征进行深入研究的基础上,首先提出了将三维实体零件特征的识别转化为齿轮面的二维识别的思想;然后给出了通过判断一个零件的面的特征、面上环的特征、环上的公共边端点的凸凹性等拓扑元素的特征来识别零件是否齿轮的方法.该算法不受装配语义的影响,对于CAD/CAE的无缝集成具有重要的意义.     

特征提取的点云自适应精简

作为一种反映物体形貌的三维信息,点云数据的原始数据量十分庞大,直接对过多的数据进行操作会影响后续重建等工作。本文提出了一种新的点云特征提取自适应精简算法。首先对原始点云进行空间划分,构建点的k邻域,设置特征参数,进行特征分析,识别不同区域的信息和数据。然后针对平面数据预先进行边界的检测和提取,对剩余部分进行精简。最后,针对非平面区域,先提取特征,再根据曲率的不同进行不同程度的精简。办公室数据扫描实验结果表明,处理大小为百万以内点的点云模型可以在几秒之内完成,精简比能够达到90%以上,与原始数据间的误差较小:平面部分在精简前后平均偏差均在0.02mm以内,波动很小,为0.005 7mm;非平面区域精简前后的平均偏差均在0.08mm左右,差值仅为0.000 3mm,精简精度得以保证。因此,利用提出的算法处理后的数据能更好地展示物体的形貌。     

Range data simplification for reverse engineering

Presented in this paper is a procedure enabling the direct extraction of a simplified triangular mesh from a range image. Although there have been many existing algorithms for simplifying geometric models, they can not be applied to a range image, because most of them have been developed in the context of triangular meshes. The proposed simplification algorithm works directly on a range image, and it is not necessary to convert a range image into a triangular mesh. In developing such a simplification algorithm, the major challenge is handling the topology changes caused by the edge contractions. The key idea of the paper is to employ an additional data structure, called a ‘flag map’, for the support of the irregular topology changes that happen during the simplification procedure. The proposed algorithm has been implemented, and test with various examples.