曲面重构中散乱点云数据曲率估算算法的研究

获取测量点云数据的几何特征信息是曲面重构的基础,估算数据点方向矢量和曲率是点云数据处理中必须面对的问题。这里针对散乱测量数据点云,以局部数据点协方差矩的最小特征向量作为数据点的方向矢量,并根据实际测量情况,对基于二次曲面拟合的数据点曲率估算算法进行了改进。对实际测量点云数据,能够较准确地估算出点云方向矢量和曲率,并能形象显示出数据点云的曲率分布。     

稀疏点云的曲面重构

为研究曲面重构中的一类特殊数据,针对稀疏点云提出了一种高效、简单、实用的曲面重构方法。首先分析稀疏点云自身特点,按特征进行预处理与分块。然后依次拟合曲线,通过参数化优化与调整,得到适合造型的曲线,并且引入迭代、渐进的思想来弥补部分数据的缺失。最后利用两种典型重构方法分别对不同分块数据进行曲面重构。实例表明,该方法解决了稀疏点云的曲面重构过程中由于点云信息量少造成的重构困难。     

稀疏点云的曲面重构

为研究曲面重构中的一类特殊数据,针对稀疏点云提出了一种高效、简单、实用的曲面重构方法。首先分析稀疏点云自身特点,按特征进行预处理与分块。然后依次拟合曲线,通过参数化优化与调整,得到适合造型的曲线,并且引入迭代、渐进的思想来弥补部分数据的缺失。最后利用两种典型重构方法分别对不同分块数据进行曲面重构。实例表明,该方法解决了稀疏点云的曲面重构过程中由于点云信息量少造成的重构困难。     

基于B样条曲面的点云孔洞拟合填充

为了后续曲面重构的需要,针对有孔洞的点云数据,提出了一种孔洞拟合填充的自适应方法.由于孔洞与其周围离散点有一定的连续性,该算法首先从孔洞周围已有的点云数据中选取离散点,用新的参数化方法对得到的离散点参数化后,用最小二乘法进行自适应曲面拟合,对得到的拟合曲面通过迭代法逐步逼近优化,考虑曲率变化的影响在曲面上取点,实现了孔洞光滑填充.实例表明,改进的参数化方法使算法的复杂度减低,进一步迭代优化提高了曲面拟合精度,在面上取点时考虑了曲率变化,因此该方法可以应用于具有复杂曲面形状的点云中的孔洞填充.     

基于B样条曲面的点云孔洞拟合填充

为了后续曲面重构的需要,针对有孔洞的点云数据,提出了一种孔洞拟合填充的自适应方法。由于孔洞与其周围离散点有一定的连续性,该算法首先从孔洞周围已有的点云数据中选取离散点,用新的参数化方法对得到的离散点参数化后,用最小二乘法进行自适应曲面拟合,对得到的拟合曲面通过迭代法逐步逼近优化,考虑曲率变化的影响在曲面上取点,实现了孔洞光滑填充。实例表明,改进的参数化方法使算法的复杂度减低,进一步迭代优化提高了曲面拟合精度,在面上取点时考虑了曲率变化,因此该方法可以应用于具有复杂曲面形状的点云中的孔洞填充。     

曲面重构中测量点云精简方法的研究

反向工程研究中，根据三维测量数据进行曲面重构是其关键技术之一。介绍了曲面曲率的基本理论，根据曲率精简点云的方法及曲率估算的方法，并结合实际对根据曲率精简测量点云数据的方法进行了改进，着重研究了邻域搜索、曲率估算、曲率精简原则等，在保证测量精度的前提下，在提高曲面重构的计算效率、减少存储空间等方面取得了较好的效果。     

基于散乱数据截面线的曲面重构算法研究

提出了一个新的散乱数据的曲面重建算法，该算法采用一组平行平面去剖切点云，除恰好位于该截面上的数据点之外，如果一数据点与某一截面的距离小于给定的距离域值，则将其投影到该截面上，把上述点通称为用距离域值来确定截取点：将每一张截面上的截取点用最小二乘法拟合成B样条曲线，然后对生成的一组B样条曲线进行处理，即统一节点矢量、重新参数化和起点相对应，重新拟合一组闭合B样条曲线，再对其运用蒙面操作，从而构造一张曲面。     

采用截面特征点云的NURBS自由曲面构建

结合NURBS曲面的构建理论,以工程软件UG为平台,探讨了基于截面特征点云的NURBS自由曲面构建的工程实现方法.实现了由截面特征点云进行NURBS曲线拟合,再由拟合曲线进行自由曲面的构建过程,并从曲面的表面状态与误差两个方面对构建的自由曲面进行评估.实践表明:采用该方法构建的自由曲面能保证NURBS曲面拟合质量,且精度高,能有效地反映实物原型.     

基于支持向量回归机的点云曲面重构方法

提出了一种基于支持向量回归的点云曲面重构方法,并以径向基函数为核函数重建复杂线性函数曲面模型,实验表明该方法能直接重建散乱点数据,具有误差小,速度快等优点.     

基于空间栅格支撑与曲率云图引导的点云表面构线

针对已有的点云表面构线方法在处理多层点云曲面模型时出现的弱鲁棒性问题,以及构线过程中缺乏直观点云形状特征引导的现象,提出一种基于空间栅格支撑与曲率云图引导的点云表面构线方法。首先,将点云划入规则分布的空间栅格并基于三参数Shepard曲面估算点云曲率;其次,依据曲率云图反映的点云几何形状特征选择构线点,并搜索沿构线点投影方向与之相交的最近非空栅格(即含有测量点的栅格),继而以最近非空栅格为中心,构建其k-最近邻域点集作为点投影算法的目标点云计算构线点的投影点;然后,插值构线点列经投影计算得到的投影点序列,获得初始曲线;最后,构造与初始曲线节点分布一致的法矢曲线作为曲线投影的方向,结合二分法与基于空间栅格支撑的点投影算法将初始曲线投影至点云曲面。实例对比表明,空间栅格的引入显著增强了点投影算法的稳定性,而曲率云图的引导则提高了用户交互选点构线过程中对点云所蕴涵形状特征的识别与分析能力。     

齿轮齿面接触应力计算中曲率系数的再商榷

对齿轮齿面接触应力计算中曲率系数的计算依据作了进一步的研究。分析了ISO6 336及AGMA标准中计算依据的疑问和矛盾。提出了以小齿轮齿根部啮合区的平均综合曲率半径作为计算依据的商榷意见。并提出了有待进一步探讨的问题。     

点云部分缺失条件下边界曲面直接拟合技术

针对零件数据采集过程中可能出现的测量数据边界不完整的情况,提出一种点云部分缺失条件下边界曲面的直接拟合算法。对于两种不同的边界曲面类型,选择相应的方法自动构造贴近点云的基面;对点云中的点进行基面投影参数化的同时,运用改进的病态指标准则确定基面的病态控制顶点;在曲面拟合过程中,通过对病态控制顶点的抑制和加入离散边界约束条件,使得拟合得到的边界曲面在逼近点云的同时保持了良好的曲面内部品质,且和周围曲面之间达到近似G1连续。工程应用实例验证了提出算法的有效性及实际应用价值。     

似然函数和随机滤波的点云去噪方法研究

在获取物体的三维点云数据时,通常采用线结构光扫描的方法,但是在测量过程中不可避免的会产生不合理的噪声点.从而在进行曲面重构时,会导致重构的曲面不够光滑,进而会影响三维扫描物体重构的精确性,因此有必要对扫描数据进行去噪处理.噪声点产生的原因有很多,大部分噪声点具有幅值大,影响因素多的特点,所以利用似然估计函数得到采样局部...     

逆向工程中点云处理及拟合新方法的研究

基于逆向工程软件imageware的设计基本思路,以某轧辊的点云数据作为研究对象,对点云处理及拟合方法进行对比分析。结果表明:基于点云曲率拟合基准平面能够显著减小拟合误差,提高拟合精度;B样条曲线拟合不仅拟合精度较高,而且曲线光顺性较好;基于B样条的分段拟合方法能够解决B样条曲线不能精确反映二次曲线的问题,提高拟合精度;随着截面数量的增加,曲面-点云偏差减小,当截面数量增加到一定程度时,曲面-点云偏差缓慢增加,最后趋于稳定。     

一维非均匀齿轮形貌点云精确配准方法

为了提高虚拟齿轮形貌点云和实测非均匀齿轮形貌点云的配准精度提出一种配准方法。首先以实测齿轮形貌点云数据为基准生成与其数量相同的虚拟齿轮形貌点云数据;再利用互相关算法求出这两组点云数据的初相位,并对虚拟齿轮形貌点云进行相位平移;最后以实测齿轮形貌点云数据为基准,重新生成一组与其点与点对应的虚拟齿轮形貌点云数据,实现两组点云数据的精确配准。实验结果表明:当周采样数目为125952时,采用一维非均匀齿轮形貌点云配准方法较迭代最近点(ICP)算法,角位移配准精度提高了0.0008°,线位移配准精度提高了4μm。该方法可提高非均匀齿轮形貌点云的配准精度。     

基于UGII海量数据点的处理技术

将整个点云定义为UGII的用户自定义对象,并采用二次开发工具集,在UGII中实现了对海量点的显示、隐藏等交互操作。应用实例证明:该开发技术可行、有效,为在UGII系统中进行反求工程模块的后续开发奠定了基础。     

自由曲面CAD模型点云数据生成方法研究

在三维测量点云数据与CAD模型配准过程中,设计了两种自由曲面CAD模型点云数据生成方法:等参数采样离散法和基于曲率的采样离散法。应用两种方法评价离散化结果:首先将点云数据进行曲面重构,并与原曲面比对;然后与三维测量点云数据进行配准,得到等参数离散间隔及基于曲率的离散密度对重构和配准误差的影响。实验表明:等参数方法和基于曲率的方法,当点云数据密度达到一定值时均对重构和配准没有影响;在同样点云数据的情况下,基于曲率的离散化方法精度高于等参数方法;但在最大重构误差一致时,基于曲率的方法需要的点云数据远小于等参数化方法所需要的。     

基于升阶的B样条曲面光顺拟合

分析了B样条曲线的光顺拟合方法和均匀B样条曲线的升阶方法，针对截面线上数据点个数变化较大的情况，提出了曲面光顺拟合的方法，并给出了计算实例。