网格曲面上的样条曲线阵列

提出一种流形网格曲面上曲线阵列复制方法,达到曲线重用与再设计的目的。网格曲面上的曲线用测地B样条表示,使对曲线的操作可以转换为对曲线控制顶点的操作;引入离散指数映射理论将给定的源曲线控制顶点映射到切空间,获得它们的法坐标,按照曲线阵列前后控制顶点法坐标保持不变的原则,建立曲线阵列前后控制顶点的对应关系,实现曲线的有规律多重复制。法坐标很好地保持了控制顶点之间的测地距离和相对位置关系,因而也保证了曲线阵列重用过程中的形状保持性。将曲线阵列时的位置与形状分开处理,使曲线生成仅与其所在的局部区域有关而与曲面的整体大小无关,既便于保证曲线的形状保持性,也减少了计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。     

流形网格曲面上测地B样条插值

针对现有曲面上自由曲线设计方法的不足,提出一种插值于流形网格曲面上给定点列的测地B样条曲线生成方法。用流形网格曲面上两点间的最短测地线代替欧氏空间中的两点间直线,将欧氏空间中的德布尔算法拓展到曲面空间,得到流形网格曲面上的测地B样条表示形式。对于给定的约束于网格曲面上的点列,基于欧氏空间中的B样条插值理论,反算出其控制顶点,将这些控制顶点投影到网格曲面上,作为待求曲线的初始控制顶点,生成初始的测地B样条曲线。为使曲线尽可能逼近于型值点,提出反向误差补偿策略,通过简单迭代求取约束于网格曲面上的控制顶点。根据曲线的凸包性,将曲线所在测地凸包区域与整体网格曲面虚拟分割,使插值测地B样条曲线的计算量仅与曲线所在测地凸包区域内的网格顶点数有关,而与整体网格大小无关,从而大大减少计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。     

基于离散指数映射的网格曲面上曲线设计与复用

把指数映射参数化方法引入到网格曲面上自由曲线的设计中,提出一种网格曲面上测地B样条曲线复用操作方法。指数映射局部微分同胚的性质,可以保证局部网格参数化的有效性。对于生成的测地B样条曲线,采用离散指数映射方法参数化其控制顶点,得其法坐标,在保证法坐标不变的前提下,通过改变参数化区域,可以实现测地B样条曲线实时滑动、旋转、缩放等效果。测地B样条曲线生成和局部网格参数化都不依赖于网格模型的整体规模,适用性强。试验结果表明,基于离散指数映射的网格曲面上曲线设计与复用方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。     

网格曲面上两相离曲线段的光滑过渡

将欧氏空间中两非均匀B样条曲线间G1连续条件拓展到曲面空间,提出一种构造网格曲面上两相离曲线光滑过渡曲线的方法.网格曲面上的曲线采用测地B样条表示,具有与欧氏空间中传统B样条相一致的明确数学模型.基于三角网格模型的拓扑邻接关系,提出一种网格曲面上测地线的延长线离散逼近算法,以此为基础,建立两测地B样条曲线间G1连续条件,将边界连续条件转化为控制顶点的位置约束,从而构建两曲线间的光滑过渡曲线.试验结果表明,所提方法健壮、高效,不依赖于参数化和投影技术,即使对于具有尖锐特征的曲面亦有很强的适应性.     

三角网格曲面上测地B样条曲线偏置

针对曲面上曲线偏置方法存在的不足,提出一种流形网格曲面上测地B样条曲线偏置方法。该方法将流形网格曲面上曲线偏置的问题转换为平面曲线偏置的问题。对于给定的流形网格曲面上测地B样条曲线,将测地B样条曲线所在的区域用离散指数映射的方法进行局部参数化;利用基于控制顶点偏移的方法,将参数域上的曲线进行偏置;利用参数匹配的方法将偏置后的曲线映射到流形网格曲面上,完成曲面上曲线的偏置。针对平面偏置曲线出现的自交,提出了一种新的检测与去除自交的方法,能够有效地去除自交。试验结果表明:该方法不仅健壮、有效,能够满足交互设计要求,而且偏置曲线的表达式与源曲线具有相同形式。     

网格曲面上自由形状特征设计重用

针对目前网格曲面上复杂特征重用困难的问题,提出一种保细节的特征重用方法。借助于拉普拉斯坐标蕴含的曲率、法矢等微分几何信息,提出基于微分坐标的重用特征边界环参数化方法,具有保长度、保曲率和保形状的特性,减小特征边界环从兴趣区域映射至目标区域时所产生的形变。采用离散测地极坐标方法对目标网格进行局部参数化,按照参数坐标一致原则将重用特征的边界环映射至目标网格的指定区域,并以映射后的边界环顶点位置和法矢信息为约束边界条件,基于旋转不变量的改进拉普拉斯变形框架,对重用特征进行变形操作,使重用特征与目标区域实现自然过渡。所提特征设计重用框架无须对重用特征本身参数化,因而可以重用任意复杂的特征,且对特征的亏格数亦无限制。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,可用于复杂特征的迁移式设计重用。     

三角网格曲面上的特征阵列

针对三角网格曲面上复杂特征阵列式设计重用困难问题,提出一种两步法特征阵列重用策略。基于曲面空间向量平移理论,确定特征阵列位置,以角度和测地距离两个参数构建各阵列实例之间的关联;提出一种基于对偶图的曲面局部参数化方法,使参数化结果不受顶点法矢评估方法的影响,对噪声和锐边特征不敏感。在此基础上,采用微分坐标网格变形技术实现阵列实例的形状控制,使其适配曲面局部形状变化。给出了环形旋转阵列、沿曲线阵列以及方向阵列的具体算法实现。试验结果表明,所介绍方法鲁棒、有效,可用于复杂特征的阵列式实时交互设计。     

应用B样条方法生成3D打印中分层的路径

3D打印中切层面的路径精度影响着填充图和成型的精度。B样条方法以其低阶光滑的特性,被广泛地应用于自由曲线曲面的造型中。为了提高路径形成的精度,采用C2次连续的闭合三次B样条方法生成切层面路径。首先通过3D打印分层中单一闭曲线的有序散点反求出控制顶点,为快速地求出控制顶点,采用了优化后基于追赶法的LU分解方法;然后由控制顶点求解出闭合的三次B样条曲线,通过在B样条曲线的每个分段中求解一定数目的顶点,加入到路径切点序列的相应位置中,顺序连接切点生成路径。     

样条逼近的新方法

样条函数在工程中的应用非常广泛,特别是曲面造型广泛地应用参数样条。目前过顶点的样条函数逼近是通过利用顶点信息求样条曲线的控制顶点,然后应用控制顶点构造样条曲线,如此需要计算一个阶数较大的矩阵,虽然有追赶法可以用于求解,但是对于多节点的计算量仍然相当的大。本文构造正交样条函数,利用正交样条函数计算,直接构造样条曲线。本文的方法具有计算量小,并能实现并行运算等特点,有望大大降低构造样条曲面的计算量。     

一种离心叶轮三维叶片的快速成型方法

为了缩短离心叶轮叶片的三维设计周期，实现闭式离心叶轮自由曲面叶片的三维快速成型，本文提出了一种基于叶片中间面的自由曲面叶片快速成型方法。首先，采用三次均匀B样条理论对叶片中间面曲线坐标进行双向加密重构；然后，结合空间曲线参数方程及空间矢量相加法，则以重构后的中间网格面为基准建立初始叶片三维网格模型；最后，采用叶片中间面曲线坐标点绕轴旋转形成的空间曲线和初始叶片三维微元网格求交，求解获得单个自由曲面叶片曲面离散坐标。整个叶片三维建模过程可实现不同前、尾缘及厚度形状组合的离心叶轮三维叶片快速成型；该方法和传统的CAD建模方法相比，其调整叶片形状更加快捷便利，不仅能够提高离心叶片三维建模精度和效率，而且为叶片三维模型设计及优化提供了帮助。     

非均匀有理B样条曲线多分辨率特征几何建模研究

NURBS曲线的几何建模,传统方法是通过模型的控制顶点对曲线进行操作、编辑和处理,繁琐费时,使NURBS曲线的设计变得十分困难。基于一种新的半正交非均匀B样条小波多分辨率技术将单一尺度几何空间变换到多尺度空域和频域空间,NURBS曲线的整体结构和局部细节被转化为曲线的多尺度整体特征和细节特征。通过对这种多尺度特征的编辑、操作和处理有效实现NURBS曲线的几何建模。     

B样条曲面在模具型腔描述及3维网格生成中的应用

采用３次Ｂ样条曲面进行模具型腔及锻件动态几何构形描述,提出基于Ｂ样条曲面描述的３维网格样条生成技术及改进的分块样条生成法,探讨了复杂锻件网格生成中的子域部分、疏密网格过渡、子域拼装等技术技巧。     

RECONSTRUCTION OF SYMMETRIC B-SPLINE CURVES AND SURFACES

A method to reconstruct symmetric B-spline curves and surfaces is presented.The symme- try property is realized by using symmetric knot vector and symmetric control points.Firstly,data points are divided into two parts based on the symmetry axis or symmetry plane extracted from data points.Then the divided data points are pararaeterized and a symmetric knot vector is selected in order to get symmetric B-spline basis functions.Constraint equations regarding the control points are deduced to keep the control points of the B-spline curve or surface to be symmetric with respect to the extracted symmetry axis or symmetry plane.Lastly,the constrained least squares fitting problem is solved with the Lagrange multiplier method.Two examples from industry are given to show that the proposed method is efficient,robust and able to meet the general engineering requirements.     

Reverse engineering of compound surfaces using boundary detection method

This paper proposes an efficient reverse engineering technique for compound surfaces using a boundary detection method. This approach consists in extracting geometric edge information using a vision system, which can be used in order to drastically reduce geometric errors in the vicinity of compound surface boundaries. Through the image-processing technique and the interpolation process, boundaries are reconstructed by either analytic curves (e. g. circle, ellipse, line) or parametric curves (B-spline curve). In other regions, except boundaries, geometric data are acquired on CMM as points inspected using a touch type probe, and then they are interpolated on several surfaces using a B-spline skinning method. Finally, the boundary edge and the skinned surfaces are combined to reconstruct the final compound surface. Through simulations and experimental works, the effectiveness of the proposed method is confirmed.     

B样条参数实体模型在实体造型中的应用

提出了一种新型的三维实体表示法─—三三次Ｂ样条参数实体（超曲面）表示法，探讨了Ｂ样条参数实体模型在机床典型零件实体造型上的应用。该模型在实体造型、结构有限元分析和解决空间场问题等方面具有重要的实用价值。     

DIRECT MANIPULATION OF B-SPLINE SURFACES

Engineering design and geometric modeling often require the ability to modify the shape of parametric curves and surfaces so that their shape satisfy some given geometric constraints, including point, normal vector, curve and surface. Two approaches are presented to directly manipulate the shape of B-spline surface. The former is based on the least-square, whereas the latter is based on minimizing the bending energy of surface. For each method, since unified and explicit formulae are derived to compute new control points of modified surface, these methods are simple, fast and applicable for CAD systems. Algebraic technique is used to simplify the computation of B-spline composition and multiplication. Comparisons and examples are also given.     

新型的一步模拟法通用初始域求解方法

比较目前在板料成形一步模拟法中常用到的初始域计算方法的特点,针对这些方法的缺点提出采用基于能量理论的空间网格映射法与反向变形法相结合的初始域计算方法.该算法可克服垂直投影法因零投映面积而不能迭代计算的问题,并能解决几何映射法需要寻找对称线、断面线展开法无法解决局部网格畸变的问题.复杂拉延件的实例中,通过对各种结合方案的比较得知:尽管它们获得的最终初始域是一致的,但Desbrun二次能量法及一致参数化法与反向变形法相结合的方案具有较高的稳定性和较好的计算效率,并能解决无法获取通用并高效的一步模拟法初始域求解问题.