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STL文件的曲面网格重建算法

利用STL文件的数据相关性以及平衡二叉(AVL)树的数据搜索效率仅与树的高度相关的特性,提出一种高效的三角形曲面网格模型重建算法。该算法可以解决STL文件存在大量的冗余、使用效率不高等问题。实验结果证明,与基于AVL树的顶点快速聚合算法相比,该算法的重建效率更高。     

支持STL数据源的网格曲面动态空间索引

针对STL文件格式存在网格顶点数据冗余以及缺乏面片邻接信息等缺陷,提出一种基于多维动态空间索引的显式曲面拓扑重建算法,在消除网格顶点数据复本的过程中逐步构建网格曲面顶点的KD树,通过该索引提高顶点数据复本消除效率,并基于KD树叶节点层数据存储的开放性融入半边数据结构,实现曲面拓扑结构的快速重建。最后,对6个不同规模的数据模型进行实验:与采用R^*-Tree、数组、散列表作为索引等方法相比,所提出的KD树与半边结构融合的动态空间索引在处理近百万面片的数据文件时,去除冗余顶点用时11.93 s,拓扑重建仅仅需要2.87 s,大大减少了冗余顶点的去除时间和拓扑重建时间,并且有效支持网格曲面拓扑邻域信息的快速查询,查询时间在1 ms之内,远小于对比算法所用时间。实验结果表明:所提算法能够提高网格曲面冗余顶点去除效率和拓扑重建效率,实现网格曲面拓扑邻域信息的快速查询。     

基于STL三角网格模型简化的研究

针对STL三角网格模型简化中的相关问题进行了研究,并设计出了相应的算法.三角网格的简化过程包括网格删除和网格重建两个过程,在网格的删除中,根据设定的三角形的权重阚值选择删除被删除的三角形区域.在网格重建中,任意选择重建区域的一个顶点,通过渐进收缩的方式,将新生成的三角形边构造一个平衡二叉树,再以三角网格的适应度和平滑度为依据,找出所有二又树中最佳的分支,使重建的三角网格最优化.对两个实例进行探讨,实现对不同STL三角网格的验证,并以原始网格模型与简化后的网格模型进行对比,表明研究所得的简化网格模型既有效地实现了STL网格模型的简化,又保持了原有STL网格模型的基本特征,达到令人满意的结果.     

在机检测中三角网格拓扑重建方法的研究

对STL（Stereo Lithographic）模型中三角面片进行拓扑重建是解决在机检测系统中对零件模型表面进行曲面划分的前提条件之一。在建立点-边拓扑关系的基础上,将原有基于顶点坐标值浮点数比较的半边匹配结构转化为基于索引值的整型数匹配,并提出了基于关联-散列结构三角网格拓扑重建方法。该方法采用散列结构为辅助数据结构来减少STL模型顶点归并和边界归并的计算量,利用STL模型相邻网格单元数据相关性降低哈希函数的构建难度并提高冲突处理效率,在滤除冗余数据的同时完成拓扑关系的建立。计算实例验证了该算法的高效性和有效性。     

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。     

基于AVL树的STL模型快速拓扑重建算法

STL数据格式是目前广泛应用于CAD系统中进行数据交换的标准格式之一。使用三角面片表示实体表面信息。但STL数据格式具有数据冗余和缺乏拓扑信息的缺点,针对这一问题,本文采用半边数据结构,提出一种基于辅助AVL树的STL模型快速拓扑重建算法,能快速有效地去除冗余顶点及实现半边合并。     

基于距离场的三维模型网格重建

根据任意亏格和任意边界的3D网格模型,给出一种网格重建算法。该算法通过对原始网格进行一系列自适应的局部修改操作,改进网格中三角形的质量和顶点位置分布。为减少优化过程中误差的累积,提出基于距离场的算法将新生成的顶点保留到原始网格曲面上,该算法实现简单,不需要复杂的全局参数化操作。实验结果表明,该算法有效、快速、稳定。     

自适应T样条曲面重建

为了进行快速高精度的曲面重建,提出了一种新的基于T样条的曲面自动重建算法。由于T样条控制网格具有特殊性质,因此在使用T样条进行曲面重建时,一个关键的问题是如何构造好一个T网格。该新算法在进行曲面重建时,用三角网格的参数化方法,先将数据点同胚映射到平面,然后再利用平面四叉树细分的方法将无结构散乱数据自动生成合理有效的T网格,最后将曲面重构模型转化为最优化问题,并由最小二乘法求解,同时在误差较大的区域辅以T样条的局部修正,以使重建曲面与原网格面的最大误差小于指定的误差值。由于该新的曲面重建方法是一个基于细节的重建方法,因此采样点密集区域所插入的T网格点也就相应地增多,这样既抓住了网格曲面的特征,又能很好地减少过多的T网格控制顶点,这就提高了算法效率。另外,该新算法还具有高效、易操作、能适应复杂曲面重建、曲面自动生成且满足相应精度要求等优点。重构结果显示,该新的曲面重建算法不仅重构应用范围广,且重构精度高。     

STL数据快速拓扑重建关键算法

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,建立三角网格之间拓扑关系的速度是影响曲面重建效率的关键因素之一．本文提出了基于V—F结构的平衡二叉树（AVL）顶点聚合算法,简化数据文件的存储容量至原来的18％～25％,并有效地去除了大量冗余数据点;采用虚AVL的快速邻边搜索优化算法,实现了相邻半边的快速搜索,高效地构建半边拓扑结构,最后通过各种零件重建速度的比较说明本文方法是高效的、可扩展的．     

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.     

激光三维扫描数据的表面重建

对激光三维扫描系统获得的没有任何附加信息的轮廓线点云数据进行处理，首先采用求最大连通域的方法删除噪声点，利用设定相邻点连线夹角正切阈值的方法精简数据，然后采用基于局部切平面簇的方法对数据点云进行切平面的估算、法向量的调整和计算距离函数，用改进的MC方法输出三维网格，并且应用基于顶点的网格删除算法对三维网格进行简化，在估算切平面的时候采用新的估算原则，提高了重建速度，改善了重建效果，所表述的重建流程，成功地解决了激光扫描系统所得轮廓数据点的表面重建问题。     

基于足底扫描仪扫描数据的处理研究

由于环境及设备因素的影响,利用三维激光扫描仪获得的STL格式的足底数据,含有大量冗余数据、噪声点和对模型重构作用不大的点数据。这严重影响了数据读取与显示的效率,不利于后续的曲面重构。针对三维足底扫描系统FS-200 Pro所获得的足底数据,本文提出采用在读取时进行冗余点判断,不重复读取顶点;对读取数据用孤立点去除法和弦高法对扫描线数据进行去噪;通过计算距离与弦高,设定阈值遍历比较每个数据点判断其是否为去除点。经实例检测验证,上述方法能有效去除噪声点,提高简化效率,在保持数据原型的基础上达到了预期效果。     

STL rapid prototyping bio-CAD model for CT medical image segmentation

This paper presents a simple process to construct 3D rapid prototyping (RP) physical models for computer tomography (CT) medical images segmentation. The use of stereolithography (STL) triangular meshes as a basis for RP construction facilitates the simplification of the process of converting CT images to an RP model. This is achieved by constructing the STL triangular meshes directly from data points without having to draw the curve model first. The grey prediction algorithm is used to sort contour point data in each layer of the medical image. The contour difference detection operation is used to sequence the points for each layer. The 3D STL meshes are then constructed by this proposed layer-by-layer sequence meshes algorithm to build the STL file. Once this STL file is saved, a 3D physical model of the medical image can be fabricated by RP manufacturing, and its virtual reality model can also be presented for visualization. CT images of a human skull and femur bone were used as the case studies for the construction of the 3D solid model with medical images. The STL models generated using this new methodology were compared to commercial computer-aided design (CAD) models. The results of this comparative analysis show that this new methodology is statistically comparable to that of the CAD software. The results of this research are therefore clinically reliable in reconstructing 3D bio-CAD models for CT medical images.     

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。     

A generic approach of integrating 3D models into virtual manufacturing

Various 3D modeling software has been developed for design and manufacturing.Most of the commercially available software uses native file formats,which may not be able to be read or understood by other software.This paper deals with the development of a generic approach of a 3D model conversion program for virtual manufacturing(VM),using a lexical analyzer generator Lex and the Open Graphic Library(OpenGL).The program is able to convert 3D mesh data between four universal file formats,i.e.,Stereolithography(STL),Virtual Reality Modeling Language(VRML),eXtensible Markup Language(XML),and Object(OBJ).Simple assembly functions can be applied to the imported models.The quaternion angle is used for object rotation to overcome the problem of gimbal lock or a loss of one degree of rotational freedom.The program has been validated by importing the neutral format models into the program,applying the transformation,saving the new models with a new coordinate system,and lastly exporting into other commercial software.The results showed that the program is able to render and re-arrange accurately the geometry data from the different universal file formats and that it can be used in VM.Therefore,the output models from a VM system can be transferred or imported to another VM system in a universal file format.     

一种基于视点的LOD生成方法

总结LOD自动生成的一般算法，结合渐进网格模型与实际视觉效果中视点位置和角度对场景细节程度的影响，以与视点相关的因子作为简化标准，根据视点的参数对二叉顶点树的节点进行合并或展开调整模型个部分的细节层次。简化过程采用渐进网格结构，建立了多层次LOD数据模型，有效的简化了地形模型的绘制，提高了生成效率，使得生成的三维地形有较高的可视性和真实感。