基于圆角特征简化的工序三维几何建模方法

三维实体模型是CAX集成研究中的基础,圆角特征广泛存在于零件设计模型中,为提高此类零件工序三维几何建模的准确性,提出一种基于圆角特征简化的工序几何建模方法.通过分析工序三维几何建模过程中对圆角特征几何元素的提取过程,提出构建圆角特征线段,以便准确获取三维模型上的加工特征边界;利用加工特征边界和拉伸、旋转和扫掠3种常用的几何造型方式,建立加工体积特征;通过上一道工序的三维模型与加工体积特征作布尔差运算,得到本工序的三维几何模型.最后以某零件的工序三维几何建模过程为例,采用3种方法进行工序几何建模,通过对结果的分析对比,验证了文中方法的优越性.     

保持属性特征的模型简化算法*

为较好保持模型的拓扑结构和属性特征,采用基于半边折叠简化思想对模型进行了带属性简化算法的研究。算法考虑了几何误差度量算子的三个因子：折叠边的欧氏距离、折叠边二面角和顶点到星型邻域平面的距离;引入模型属性特征权重值,将几何误差和属性误差加权作为总体误差进行简化,并对简化质量进行了合法性检查。实验证明,算法在保持模型几何和属性特征方面有效。     

采用图分解的特征识别算法研究

CAD/CAE模型转换,其关键在于如何将模型分解为最简单元,这些单元往往具有相近的网格划分属性,可以方便估计计算误差和计算时间。基于此提出了基于图分解的特征识别算法,对属性邻接图进行分解,根据分解后的属性邻接图中的连通分量生成体特征。该算法不再局限于特征类型,只要合理控制顶点的可分解性判断就可以得到期望的模型分解结果;同时该算法可以获得体特征,使得可以在特征这一粒度上进行特征删除和替换,以方便地完成模型的简化。     

有限元领域中多态模型误差分析方法

基于特征造型技术的三维CAD系统目前已广泛应用于产品设计,同时CAE在产品设计与优化中也起到了越来越重要的作用.而有限元是最为广泛使用的CAE方法之一.由CAD系统建立的模型在进行有限元分析之前,通常需要根据分析需要对模型进行简化,如何分析模型简化前后对有限元计算结果的影响程度是CAD模型到CAE模型自动转化的首要步骤.将模型因特征的简化而形成的各种状态的模型称为多态模型.针对确保一定分析精度,节省计算资源的需求,根据有限元误差理论提出了分析不同简化模型对有限元分析结果造成的误差的方法,且通过数据实例得到验证,根据误差分析方法提出模型误差层次的概念,为有限元领域中多态模型的生成提供了新的思路.     

结合局部区域特征的自适应简化率网格简化算法

现有的网格简化算法通常要求人为给定模型整体简化率或者设置几何、颜色、纹理等属性的约束,如何合理地设置这些阈值对没有经验的用户来说比较困难.文中结合监督学习的方法,构建一个多层感知机模型来实现局部区域自适应简化率的预测.该感知机模型能根据网格模型不同区域的局部几何特性,提取出相应的特征,并根据这些特征进行分类.不同的分类对应着不同的简化率,从而在简化网格时根据分类对不同区域设置不同的法线偏差阈值,实现自适应简化率的网格简化算法.为证明该算法的效果,实验中选择不同种类和复杂程度的三维网格模型进行了简化,并与基于QEM能量函数的简化算法进行了整体简化率和简化后的视觉效果的实验对比,结果表明,相对于传统整体简化算法,这种基于局部区域特征设置自适应简化终止条件阈值的简化算法,能有效地根据几何特性对网格进行自适应简化,在保持模型细节的同时,提高了网格的整体简化率.     

基于原始面命名的相交特征快速判别方法

针对特征技术研究和应用中的特征相交问题,提出了一种判别特征是否相交的方法。该方法基于特征原始面命名机制,以几何模型中的拓扑边为核心,通过检查拓扑边的两个相邻面的名称属性的构成特点,并结合几何模型中的拓扑边与特征体中相应原始面之间以及不同特征体的原始面之间的拓扑关系实现特征相交关系的判断。该方法不但能够正确地判别出相交特征,而且通过一系列的原始面名查找来代替在特征体间作布尔运算进行相交特征判别,从而有效提高了判别速度。     

基于Morse-Smale拓扑特征的文物碎片拼接算法

针对计算机辅助文物虚拟复原中由于破损文物断裂部位边缘受损而引起的轮廓线不能充分表示断裂面几何特征的问题,提出了一种基于断裂面拓扑特征的破碎文物自动拼接算法.首先,定义碎片模型顶点显著度指标函数,提取断裂面特征点,依据Morse-Smale复形理论构建并简化断裂面的几何拓扑图;然后,通过定义基准点与0值面,从而计算目标点的对应高度差值,将拓扑图中四边形曲面构造成为能完整表示断裂面几何特征的特征描述符,并根据凹凸互补性计算初始特征四边形匹配集的误差,筛选出最优匹配集;最后,采用四元组方法计算旋转、平移矩阵,利用穷举搜索法实现碎片的精确拼接.实验结果表明,该方法针对断裂部位边缘受损的破碎文物模型可获得较满意的拼接效果.     

面向组合参数曲面扩展B-rep的特征简化和网格生成算法

针对CAD模型通常包含大量几何特征,而某些特征会制约高质量网格生成的问题,提出一套实现组合曲面模型的自动特征简化和高质量网格生成的算法.首先引入离散曲面B-rep和虚面等概念,扩展B-rep的适用能力;随后基于扩展B-rep自动识别短边、窄面、邻近和不光滑边界等4类曲面特征;其中短边利用曲线合并来消除,后3类特征则通过曲面合并来消除.由于曲面合并形成的虚面缺乏连续的参数表达,可利用其离散模型生成高质量曲面网格;虚面内部网格点被反映射回连续曲面,以保证最终网格模型的几何精度.最后通过若干特征简化和网格生成实例验证了文中算法的有效性和实用性.     

改进的圆角特征识别与抑制方法

提出了一种利用圆角面截面线曲率特性识别圆角特征的改进方法.该方法首先识别出圆角面和点过渡面,然后将相邻圆角面和点过渡面组成圆角特征,并对圆角特征中包含的所有面进行整体抑制.通过曲面延伸求交计算圆角特征抑制后新模型的点、边几何信息,并调整相应的拓扑关系重构新模型.该方法扩展了现有方法的适用范围,支持含有自由曲面的实体模型中的等半径、变半径圆角特征的识别和抑制.实验结果表明所提出的方法有效可行.     

自由特征模型参数化研究

为了更高效直观地对自由特征形状进行建模,对自由特征形体及自由特征定义点进行参数化,提出了一种通过封装参数和约束创建自由特征体特征的方法。在自由特征形状的定义中,建立数值参数和最终特征形状几何属性的映射关系。在轨迹线上提取特征定义点,在各点处建立横截面,对横截面进行蒙皮和扫掠运算,生成和基曲面无缝连接的自由形状体特征。     

一种保留特征的网格简化和压缩递进传输方法

针对数字博物馆中三维藏品网络传输及传输过程中藏品特征保留的需要,提出了一种保留拓扑及纹理特征的网格简化方法,在三角形折叠简化算法的基础之上,通过引入边界三角形和色异三角形等概念,对误差矩阵的计算和误差控制方法进行了改进,保留了原始模型的几何边界和纹理属性等特征信息;并结合递进网格和压缩编码,构造了基于八叉树编码的递进网格文件,从而实现了基于网络的三维模型递进传输系统.     

基于尖特征度的边折叠简化算法

目前存在的自动曲面简化算法在低分辨率的状态下往往忽略模型的重要几何特征,如尖角或者曲率大的区域,从而导致视觉上的退化.在Garland简化算法的基础上,引入尖特征度的概念,并将其加入到误差测度中,从而改变了边折叠顺序.简化模型不仅保留了模型的重要几何特征,而且合理分配三角网格,在曲率大的区域稠密,在平坦区域稀疏,简化效果更好.     

基于二次误差测度的递进网格简化算法

给出一种基于递进网格和二次误差测度的快速简便的算法来简化带属性的网格模型.该算法通过分别建立几何和颜色属性的二次误差测度来计算几何和颜色属性误差,边折叠是根据某种误差测度将候选的边按照折叠代价排序,每次取代价最小的边进行折叠操作.应用实例表明,该算法既能有较好的简化效率,又能保证简化对初始模型在几何和颜色信息方而尽可能的近似.     

语义特征造型系统中特征模型转换的研究

通过对新一代的语义特征模型的分析,参考Bidarra等人的研究成果,运用有效性标准,确立语义特征造型中特征转换的方法,在采用数学方法基础上,提出了怎样在数学模型中把设计特征表示转换成加工特征表示。设计过程中的设计特征由一组具有几何特征的面和一组属性（包括维数和具体特征）表示。加工过程中的加工特征由许多面和这些加工操作中面面之间有意义的关系来表示。特征转换中采用数学方法,能够在集合运算中形成加工特征,特征相交这种困难问题也可用数学描述,并且理论上能够转换,从而提高产品模型的可编辑性和易编辑性。     

多特征融合的网格模型简化方法

针对三维网格模型简化过程中的过简化和失真问题,提出一种利用多特征融合的度量方法引导三维网格模型的简化过程。该方法通过分析模型简化的误差度量准则和模型的特征信息,首先利用法向信息加权的二次误差方法度量模型的几何特征信息;然后采用三角形边长比信息加权的挠率度量模型的视觉特征信息;最后融合几何特征信息和视觉特征信息作为模型简化的多特征信息引导模型简化。实验结果表明,该方法可有效保证算法的计算效率,保持简化后模型的形态特征,解决了模型的过简化和失真问题。     

面向CAE的模型简化中的误差评估与边界补偿

通过分析由于模型简化导致分析结果产生误差的原因,提出一种简化模型的误差评估与边界补偿方法.首先基于功的互等原理估算所抑制的特征对分析结果的影响;然后根据这种影响指导模型在满足一定分析精度下的简化,并有效地利用被抑制特征的计算信息对简化模型的边界条件进行补偿.实例结果表明,文中方法计算量较小,不但可用于指导基于分析精度的分析模型简化,而且通过边界补偿可以进一步改善简化模型的分析精度.该方法可用于线性弹性结构的有限元静力分析.     

保持视觉外观特征的网格简化

针对附有纹理属性的网格模型,提出并实现了一种保持模型基本外观和形状特征的多分辨率网格简化算法.采用半边折叠操作,综合考虑了网格模型半边的几何重要性和纹理属性重要性,将其作为各半边的折叠代价来确定模型中所有边的折叠顺序.预先对网格模型中的边界边和纹理边进行标记,并在简化过程中进行加权处理.实验结果表明,即使在急剧的模型简化后,该方法仍能很好地保持原有模型的视觉外观和形状特征.     

面向四面体网格生成的Delaunay refinement器官表面重建

为满足生物医学仿真系统对器官几何模型在Delaunay表面重构和四面体建模两方面的需求,提出一种面向四面体网格生成的Delaunay refinement表面重构算法.算法将从医学体数据中经过等值面提取和简化的初始表面作为输入和边界限定条件,为每个限定点计算局部特征尺寸并构建保护球,计算保护球与限定线段的交点并与限定点一起作为初始点集,生成Delaunay辅助四面体网格,引入一个迭代细分过程恢复边界,最终获得Delaunay重构表面.针对细分过程中的收敛性问题,文中给出了详细的理论证明和算法实例.此外,通过Delaunay四面体生成的对比实验表明该算法在Delaunay器官表面重构和四面体建模两方面兼具有效性和优越性.     

基于自适应响应面的拉延筋参数反求

引入移动最小二乘响应面方法(MLS)建立拉延筋几何参数反求方法.该方法通过均匀拉丁方试验设计方法提取适当的设计参数样本构造响应面近似模型,并不断自适应优化响应面模型反求拉延筋几何参数.整个反求过程采用拉延筋有限元模型进行仿真计算,避免有限元模型的网格重划分及由真实拉延筋模型引入的计算效率问题.数值算例表明该方法可在设计域内快速寻优,有助于加快模具设计进程,减少生产成本.     

基于谷脊线特征的三维网格模型简化方法

已有的网格简化算法容易丢失大量褶皱、边界等明显几何特征,导致简化后的模型在视觉上失真,为此提出一种基于谷脊线特征的三维网格模型简化方法.首先基于隐式曲面提取网格模型的谷脊线,得到体现重要性几何信息的模型特征点;然后利用层次化的紧支撑径向基函数(CS-RBFs)将上述模型特征点恢复成隐式曲面,得到简化后的三维网格模型.与N-Garland方法对比的实验结果表明,文中方法能显著地减少网格模型顶点数,生成的模型精确度高,生成过程高效.