基于RBF神经网络的三角网格曲面孔洞修补

针对由测量数据重建得到的三角网格曲面存在孔洞的问题,提出了一种基于径向基函数(RBF)神经网络的修补方法。该方法首先检测出孔洞,通过对孔洞特征多边形实施三角化获得新增三角片顶点;在孔洞边界周围采集三角片顶点,将其作为样本点集来训练RBF网络;将训练好的RBF网络用于新增三角片顶点坐标的优化,最终实现孔洞的修补。修补实例表明,该算法对流形曲面上封闭孔洞的修补精度较高,修补效果良好。

三角网格曲面等参数线刀轨生成算法

提出一种三角网格曲面等参数线刀轨生成算法。采用调和映射的方法对三角网格曲面进行参数化,给出了四种等参数线刀轨规划方式;根据网格模型、投影网格和参数网格之间的对应关系,由残留高度确定参数网格中的x或r参数线;在此基础上,采用"区域划分"的方法快速生成了无干涉、无冗余数据的网格曲面等参数线行切和环切刀轨。实验结果表明该算法是可行和有效的。

三角网格曲面模型快速求交算法

提出一种三角网格曲面模型快速求交算法,该算法基于三角网格曲面模型动态空间索引结构,通过结点包围盒相交检测快速缩小求交范围,准确定位相交三角面片包围盒集合并对该集合进行排序,依次连接各包围盒内三角网格曲面模型交线数据,实现曲面模型交线快速提取.实例证明,该算法可有效地提高数据密集、形状复杂的三角网格曲面模型求交效率,对逆向工程中三角网格曲面模型的裁剪、拼接及数控加工刀轨生成具有重要意义.

采用R^＊-tree的三角网格曲面非均匀精简算法

提出了一种三角网格曲面非均匀精简算法。该算法采用R^＊-tree组织三角网格曲面的空间拓扑结构，实现了三角面片拓扑邻域的快速查询。结合三角网格曲面模型的曲率分布状况，对三角网格曲面进行聚类分簇处理，通过对分簇网格进行局部精简，实现了三角网格曲面模型的整体保形性精简。与同类精简算法的对比实验表明，该算法的数据适应性强，有效地保留了三角网格曲面的型面特征，精简后的网格模型与原网格模型的面片偏差降低了20％～45％，精简时间减少了10％～35％。

基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法

在地质建模中,当待处理的曲面包含大量三角形时,求交速度成为了瓶颈。该文提出基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法,采用平均单元格技术对求交曲面进行预处理,以加快相交元素对的获取。实验结果表明,与同类求交算法相比,该算法能够有效提升求交速度,并已成功应用于某地质建模软件中。

由点云数据生成三角网格曲面的区域增长算法

提出一种新的由点云数据生成三角网格曲面的区域增长算法.该算法充分利用点云内在的几何与拓扑信息,使用一组检测过滤规则,对曲面进行快速网格重构.算法包括两部分:首先对点云做预处理完成数据精简,其次使用一组检测规则,从种子三角形出发,针对每个活动边,在点云中选择匹配点与其构成新的三角形,并通过不断更新边界,使剖分区域不断增长.所使用的检测规则,可以针对活动边与预选择匹配点之间的不同位置关系采用不同的阈值,从而避免了重叠与自交三角形的生成,防止产生错误拓扑,确保了重构三角网格曲面的质量.同时针对区域增长算法中的前沿分裂问题,在数据结构中采用反向重合边,使剖分过程始终保持一个前沿边界.实验结果表明,该算法具有运算速度快、结果准确性好、适用范围广等优点.

空间三角网格曲面的边界提取方法

边界是曲面的重要特征之一,在形状匹配、曲面拼接等方面有着重要作用.由于空间网格数据分布不规则,不能从点的坐标直接得到曲面的边界,因此提出了一种空间三角网格曲面的边界提取方法,通过判断一个点的邻接点是否都能通过三角网格的边组成闭合曲线来获取边界点.该方法易于实现、适应性强,并应用于计算机辅助文物复原系统,实验证明,此算法能正确处理空间三角网格数据,且效率很高.

三角网格曲面高精度刀轨快速生成算法

提出一种三角网格曲面刀轨生成算法,该算法引入R*-tree索引结构并对其进行改进,建立三角网格曲面的三维空间索引结构,快速获取局部型面参考数据并分析其微分几何性质,基于局部型面1阶连续约束条件,采用抛物线逼近网格边界,实现三角网格曲面精度补偿,对网格边界曲线与刀轨截面求交获取刀位数据,对其排序生成刀轨,实例表明该算法数据适应性强,生成数控加工刀轨精度高,算法运行速度快。

基于三角网格曲面的颅骨修补片重构方法

针对传统颅骨修补术采用自由曲面设计存在造型不理想的局限性,提出了一种基于三角网格曲面的颅骨修补片重构方法.重构过程首先由CT扫描和图像处理获得缺损颅骨三维三角网格曲面模型,然后标识骨窗边界及修补片边界,并对骨窗多边形边界做合法性检查,通过每次寻找多边形边界中夹角最小的一对邻边构造新的三角面片,直至覆盖整个骨窗区域;再进行颅骨修补片与头形吻合度的调整;最后对修补片与颅骨复合的误差进行验证.实物制作的结果表明修补片与患者颅骨匹配良好.目前应用该方法已完成病例10余例,为临床缺损颅骨修复又提供了一种手段.

三角网格曲面模型动态空间索引结构研究

提出一种高效的三角网格曲面模型动态空间索引结构——R*S-tree,以三角面片的最小包围盒(MBR)作为数据节点,以其外接球参数作为节点最优评判指标,基于提出的簇集指派规则采用k-means算法进行节点聚类分簇,实现节点分裂,完成三角网格曲面模型动态空间索引结构的建立,实验证明,采用该索引结构可有效提高三角面片的空间查询效率。

三角网格曲面模型快速分层算法

提出一种三角网格曲面模型快速分层算法,该算法基于R*-tree建立三角网格动态空间索引结构,依据索引结构数据结点的分布状况计算各层截平面的位置;采用深度优先遍历方法获取与截平面相交的三角面片集合,并计算该集合中各面片与截平面的交线,将交线首尾相连,生成截面轮廓线,实现三角网格曲面模型的快速分层;实例证明该算法可对各种复杂三角网格曲面模型进行分层,算法准确、稳定,运行效率高.

三角网格曲面模型多轴数控加工刀轨生成算法

提出一种三角网格曲面模型多轴数控加工刀轨生成算法,该算法采用R*-tree动态空间索引结构组织三角面片拓扑近邻关系,基于该结构对刀轨截面与三角网格曲面进行求交获取截面数据点,计算截面数据点的瞬时加工区域,根据刀具与瞬时加工区域中各三角面片的面、边、顶点的相切关系,采用面相切、边相切和顶点相切刀位计算方法获取相应刀位点,采用最小生成树方法对刀位点排序,生成多轴数控加工刀轨。实例证明,该算法刀轨生成精度高,运行速度快,且适用于各种复杂三角网格曲面模型多轴数控加工刀轨的生成。

三角网格曲面环形刀五轴加工宽行距刀具路径生成方法

针对三角网格曲面五轴数控加工中普遍使用的截平面法加工行距较窄、加工效率较低的问题,提出一种可变行距的宽行加工刀具路径生成方法。首先,以三角网格数据重构为基础,提出一种基于KdTree网格区域划分的求交算法,实现了网格数据点的快速获取;然后,分析环形刀及三角网格曲面的几何特性,在无曲率干涉条件下提出通过改变侧倾角并优化前倾角使刀具有效切削半径最大化的方法,获得以加工行距最大化为优化目标的最佳刀具倾角组合;最后,结合三角网格曲面的特性建立一种环形刀刀具离散模型,并提出了相应的干涉检测与修正方法。仿真实验表明,在相同加工条件下,本文加工行距优化方法较现有方法明显增大了加工行距、提高了加工效率,而且所提出的刀具干涉与修正处理方法能有效避免局部刀底干涉及全局刀杆干涉现象的发生。

基于MMR的三角网格曲面五轴加工刀轨生成算法

为了提高三角网格曲面五轴加工的加工效率,提出了基于最大材料去除率(maximal materialremoval rate,MMR)的平底刀五轴加工刀轨生成算法。首先计算无曲率干涉且具有最大材料去除率的网格曲面五轴加工的刀具方位角;然后在确定网格曲面可能干涉区域的基础上,提出刀触点处干涉性假设,并以最大材料去除率、刀具无曲率干涉和全局干涉为约束条件,采用二分法确定具有最大材料去除率的无干涉刀具方位角;最后采用截面线法生成三角网格曲面MMR平底刀五轴加工刀轨。通过实验验证了采用文中算法生成的刀轨进行加工能够获得较高的加工效率和表面质量。

三角网格曲面的高光线模型

计算机曲面描述通常采用两种方法:用数学函数曲面表示方法(即连续曲面)和用离散的数据点与相应点间的拓扑关系表示曲面(即网格曲面)。高光线模型是一种可视化的曲面品质分析模型。这里将连续曲面的高光线模型拓展应用到三角网格曲面中,提出了三角网格曲面高光线模型的定义并对三角网格曲面高光线的相关性质及其追踪方法进行了探讨。

三角网格曲面加工刀具路径生成等误差步长算法研究

针对三角形网格曲面加工中刀具轨迹的误差均匀性问题,提出了一种等误差步长规划的刀具路径生成算法。该方法将刀具沿网格曲面运动方向的线性误差和转动误差联合作为设计公差,在满足给定精度要求条件下,通过控制设计公差来优化各条刀具轨迹上的刀触点的位置分布,并生成相应的刀位点。在生成完整三角网格曲面刀具路径时充分利用了网格曲面的边界特性,保证了边界一致性。实验表明:该方法生成的刀具路径保持了良好的边界一致性,并显著提高了加工精度和加工质量的均匀性。

三角网格曲面等残留环状刀轨生成算法

针对截平面法规划三角网格曲面刀轨的计算效率低下问题,提出了改进的截平面快速求交方法,在此基础上实现了等残留高度环状刀具轨迹的生成方法。改进的截平面法根据三角网格的邻接拓扑关系,实现快速求交。环状刀具轨迹的生成算法利用三角网格模型的边界作为初始轮廓环,采用基于顶点的偏置方法,根据给定的等残留高度计算刀触点的偏置距离,在此基础上针对局部和全局环的相交处理采用基于交点的轮廓环方向判别方法,实现等残留高度的环状刀轨生成,保证了加工质量。

基于三角网格曲面的机器人磨削工具姿态光顺优化

目前,网格曲面机械人磨削理论得到了广泛研究,但现有方法所产生的磨削工具姿态往往存在光顺性差、未能兼顾网格曲面局部微分特性等问题,为此,提出了一种基于网格曲面和四元数插值的机器人磨削工具姿态光顺优化算法。首先,通过对网格曲面法矢进行估计,并对网格曲面局部几何特征进行拟合获得相应的曲率信息,实现网格曲面局部微分特性的重构;然后,综合考虑磨削曲面的曲率信息,在曲率较大的关键路径点处进行磨削工具姿态的指定,并采用四元数插值在指定的姿态间生成光顺变化的过渡姿态,以提高磨削过程的运动平稳程度和磨削表面的均匀性。仿真结果和加工实例表明,该算法能够产生光顺性良好和过渡均匀的磨削工具姿态,并且能够很好地适应网格曲面的曲率变化,保证了磨削过程的平稳性和磨削效果的均匀性。

三角网格细分曲面数控加工刀轨快速生成算法

提出了一种基于三角网格细分曲面模型的刀轨生成算法,建立三角网格细分曲面模型的空间聚类索引结构,基于该结构实现网格模型与刀轨截面快速、精确求交获取刀触点集,并根据刀触点对应曲面位置处的微分几何性质确定刀位点,采用最小生成树算法对刀位点集排序生成刀轨。实例证明,该算法可有效提高复杂曲面模型的刀轨生成效率及精度。

基于三角网格曲面的环切粗加工刀轨生成算法

提出一种基于三角网格曲面的环切粗加工刀轨生成算法,该算法采用R*-tree建立三角网格曲面的动态空间索引结构,基于该结构快速建立三角网格模型的Z向包络面,采用R*-tree建立Z向包络面的索引结构,对切削平面与Z向包络面求交获取截面轮廓环,判断截面轮廓环的环向,并依据轮廓环间的拓扑关系确定切削区域,通过对轮廓环进行等距偏置获取环切粗加工刀轨.实例证明:该算法对各类复杂三角网格曲面均可准确生成无干涉环切粗加工刀轨,并可实现模型的区域性加工.