基于XML的CAD系统和虚拟装配系统之间的数据转换

针对计算机辅助设计系统和虚拟装配系统之间的模型转换问题,提出了基于特征的统一的产品层次信息模型,采用XML中性文档和三角面片模型文件,通过信息分解的方法,分别将在产品建模系统中建立的产品层次信息模型中的装配信息和几何拓扑信息与三角面片信息通过数据转换接口转换到虚拟装配系统中,并在虚拟装配系统中通过映射关系进行模型重构,较好地解决了计算机辅助设计系统和虚拟装配系统之间信息共享的问题,通过实例验证了研究成果的可行性。     

ACIS平台在STL网格模型拓扑重构中的应用

STL文件描述的是一种离散的实体表面三角面片模型,模型中的所有三角面片是无序的,也不存在拓扑信息。然而在许多应用系统,需要借助模型的拓扑关系进行分析,以快速、准确地操作模型数据。重点研究STL网格模型的拓扑重构问题,在读取STL文件几何信息基础上,分析ACIS模型的数据结构,确定重构模型的拓扑结构,通过ACIS平台提取所需的拓扑信息,实现STL网格模型到ACIS的拓扑模型的重构。最后,通过实例验证重构算法的正确性。     

基于分组的STL模型快速切片算法

通过分析现有的STL(stereolithography)模型切片算法的特点,提出了基于分组的STL模型分组切片算法。该算法根据每个三角面片在切片方向的投影值,将整个STL模型分为若干组,以减少在切片过程中对三角面片的遍历次数、排序次数以及求交计算量。同时提出了基于链表的拓扑重建算法,在建立拓扑结构的同时去除了冗余数据。组内建立拓扑结构简化了切片轮廓线的构造过程,从而有效地提高了切片算法的整体效率。通过实验仿真对比分析,证明了该算法的实用性和高效性。     

基于XML的CAD与XNA的信息转换

针对CAD与虚拟装配环境XNA之间的信息转换问题,提出了一种模型信息转换技术。构建了一种面向虚拟装配的层次化装配信息模型,该信息模型由产品层、子装配体层、零件层、特征层、几何层、三角面片层六层拓扑结构组成;根据模型信息分解方法,将模型信息分解为几何信息、装配信息以及面片信息等,使用Pro/ToolKit二次开发工具实现了对模型装配信息的提取,并通过对模型面片信息的转换,解决了CAD系统与XNA虚拟装配环境间的信息转换问题。利用构建的XNA虚拟装配平台对该技术进行了验证。     

STL格式文件拓扑重建及快速切片算法研究

建立三角面片之间拓扑关系是提高分层切片效率的关键因素之一,提出基于标准模板库set容器的拓扑关系重建算法及快速切片算法,有效地去除了STL文件大量冗余数据,简化了数据的存储,该算法每一个三角面片在每一切平面内只求一次交点,切片完成后可直接得到封闭轮廓环,以减少在切片过程中对三角面片的遍历次数、排序次数及求交点计算量,简化了轮廓环的构造过程,从而有效地提高了算法的效率.     

基于Delaunay函数的拓扑优化结构数字化制造

采用水平集函数对结构进行拓扑优化,并将优化后的三维模型的点云数据存入数据库中,用空间三角形面片法逼近拓扑优化后的水平集曲面,用面片边线的参数方程与零水平集交点实现对优化结果边界的提取。利用Delaunay三角剖分函数对提取的边界点云数据进行排序,将这些无序的离散点排序成最终能进行有效加工的边界曲线,并利用自动编程技术将这些边界曲线变成线切割机床加工的指令代码,最终实现从拓扑优化设计到数字化制造全过程的无缝连接,为实现拓扑优化结构的数字化设计与数字化制造集成奠定理论基础。     

基于Delaunay函数的拓扑优化结构数字化制造

采用水平集函数对结构进行拓扑优化,并将优化后的三维模型的点云数据存入数据库中,用空间三角形面片法逼近拓扑优化后的水平集曲面,用面片边线的参数方程与零水平集交点实现对优化结果边界的提取。利用Delaunay三角剖分函数对提取的边界点云数据进行排序,将这些无序的离散点排序成最终能进行有效加工的边界曲线,并利用自动编程技术将这些边界曲线变成线切割机床加工的指令代码,最终实现从拓扑优化设计到数字化制造全过程的无缝连接,为实现拓扑优化结构的数字化设计与数字化制造集成奠定理论基础。     

快速成型制造中分层算法的改进

在现有STL模型切片算法的基础之上,提出了一种基于STL模型坐标分层算法,该算法在读入STL模型时,据各三角面片顶点的Z坐标对其分层,然后据三角面片内部边、顶点之间的拓扑关系在层内进行求交,生成CLI片层文件,输入快速成型机.该算法优化了数据结构,减少了切片时间,提高了切片效率.     

机械CAD三角网格模型的特征表面分割混合算法

针对机械CAD三角网格模型中普遍存在的网格稀疏性和非均匀性分布等特点，提出了一种特征的二次提取及表面分割混合算法。第一次分割采用基于边的方法，即在平面合并的基础上对相邻三角面片法矢夹角的方差进行判断和处理，从而实现平面与其他稀疏网格表面区域的分割和边界特征的提取；第二次分割采用基于顶点的方法，首先由顶点的估算曲率计算出各面片的近似曲率，然后通过区域生长实现其他表面区域的分割及特征提取。实验结果表明，该方法能较准确地实现机械CAD三角网格模型的特征提取和表面分割。     

采用切片数据的多孔复杂模型三维实体重建

为了实现基于切片数据的多孔复杂模型的三维文体重建,提出将基丁轮廓线的局部优化方法与移动立方体(Marc-hing Cubes,MC)算法相结合,通过采用辅助轮廓法精确提取等值线,制定模型复杂程度的分类原则,合理选择配置方法,克服了多分支轮廓拓扑重构的困难,重建出由三角面片组成的三维形体表面模型.利用ANSYS参数化设计语言(AP-DL)在ANSYS中实现面模型向实体模型的转化,使重建后的模型不仅三维显示,还可直接用于有限元分析,使提出的三维重建方法具有更好的实用性.     

虚拟环境中产品动态物理模型构建方法的研究

在虚拟环境中，构建的产品模型是一个包含质量、位置、重量、表面变形、表面纹理、硬度、变形模式等多维物理信息的动态物理模型。动态物理模型以直观的物理方式动态、实时响应用户操作，具有物理特性与几何模型和行为模型相融合的特征。用离散虚拟对象方法构建了可变形的动态物理模型，研究了动态曲面描述、虚拟对象离散的方法，对影响物理模型的主要因素进行了讨论。针对雕塑曲面建立了可变形的动态物理模型，验证了模型的正确性。     

由三角网格模型重构多层次几何信息方法研究

利用STL标准文件系统表达的三角网格模型同CAD模型中几何设计信息间的约束映射关系，提出将三角网格实体模型重构为B—rep、几何信息集、独立于应用领域的几何信息等多层次几何信息表达方法，使面向虚拟设计、虚拟装配领域的应用只需对几何抽象信息表达查询而无需查询最底层的三角网格信息。将提出的方法在摩托车曲面的虚拟变形设计中作为提供产品信息的基础层，初步解决了虚拟环境中产品设计的可行性问题。     

基于3-D Facet模型的亚体素边缘检测算法研究

在产品的虚拟测量中,需要获得产品内外表面的3D高精度轮廓信息。本文首先介绍了一种直接从CT切片序列获得表面点的方法,通过3DFacet模型计算方向导数并根据沿梯度方向的二阶导数零点获得边缘点的亚体级精确位置。该方法可以检测到法向垂直于切片的表面,并且由于考虑了待检测切片相邻层的信息,与仅考虑单层信息的2D亚像素边缘检测方法相比,它抗噪能力更强、精度更高。其次,本文提出了一种改进方法,通过缩减候选像素的预处理,在很大程度上提高了原始算法的处理速度。最后将改进算法应用到航空发动机叶片仿真模型的检测中,结果表明本算法检测精度可达0.1个像素左右,速度较原始算法提高约10倍。     

产品装配分析环境的构建

采用Visual C 编程语言，在现有CAD系统的基础上，以Object ARX为开发工具，建立了产品装配分析系统基本结构，可直观演示人机交互拆、装过程，分析装配几何体设计中的缺陷，提取相关装配特征信息，进行装配顺序分析和工艺规划。在Open Inventor虚拟现实软件开发包的基础上，开发了虚拟装配环境，构建了虚拟装配系统的结构框架，实现了从CAD环境到虚拟装配环境产品几何模型数据的传递，演示了产品在虚拟环境下的拆卸过程。     

虚拟企业产品设计技术研究

传统的产品设计方法在虚拟企业环境中已不能完全适用。在分析虚拟企业产品设计过程特点的基础上,提出了基于ＧＴ的虚拟企业产品设计系统体系结构,讨论了它的关键技术,包括面向合作企业设计－制造能力的产品设计方法、产品可制造装配性综合评价、企业信息模型、合作企业优化选择。     

基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型，提出了一种基于隐式曲面的等距算法。该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建，然后对顶点进行八叉树采样，由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面，将隐式曲面等距，最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点，根据先前建立的拓扑关系，将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型。该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题，而且等距模型三角网格均匀，质量高。     

基于虚拟产品开发的雷达结构设计研究

针对雷达产品多品种、变批量研制模式所带来的结构设计上的新矛盾,提出一种基于虚拟产品开发的设计思想.论述了虚拟产品开发的特点及其关键技术,并在此基础上对某型雷达转台结构设计进行了探讨,一定程度上体现了虚拟产品开发的优越性.     

加工过程的可视化仿真

讨论了虚拟加工环境建模、工件建模、NC代码解析以及加工过程仿真算法等加工仿真中的关键技术，应用这些技术建立了一个通用虚拟加工原型系统（VMS），为虚拟制造的实现提供了有效的支持基础。     

基于VRML的产品虚拟设计技术探讨

虚拟现实技术是20世纪末兴起的一门崭新的综合性信息技术.本文讨论了基于VRML的机械产品虚拟设计技术;探讨了虚拟环境下的人机交互方式,并研究了建立机械产品的虚拟原型系统的方法,结合数据库和Web技术,构建了基于VRML与Java的变电柜虚拟原型系统,实现了虚拟环境下的人机交互.     

虚拟产品开发的电子商务模式

提出了将虚拟产品设计与电子商务进行结合，以达到实时设计和快速反应市场，使新产品适应用户要求，较快产生经济效益的目的，并给出了按这种思想创建的虚拟零件库的应用实例。