基于红黑树的STL数据快速拓扑重建算法

STL文件是一种应用广泛的三角网格表示文件,其中拓扑结构的构建直接关系到后续应用的效果。本文提出的基于红黑树的STL文件快速拓扑重建算法以红黑树为基础数据结构,采用以三角片为单位的思想,将冗余点去除与拓扑结构的建立相融合,完成了对STL文件的半边拓扑结构的快速重建,同时还保证了良好的可扩展性。经实例测试,该算法可以高效、稳定的完成STL文件的拓扑重建工作。

利用面片法向量保留模型特征的3D打印自适应分层算法

针对传统算法计算复杂、不能有效保留模型特征的问题,提出一种以STL文件中三角面片法向量为计算基础、可以减小台阶效应并且识别和保留模型特征的自适应分层算法。首先计算面片法向量在分层方向上的分量,识别出分量较大处即为模型表面倾斜角度较小的地方,在该地方采用较小的分层厚度以减小台阶效应。然后给出一种识别模型特征的方法,利用面片法向量计算模型面片之间的二面角大小和顶点的复杂程度,识别出模型表面的锐边和复杂点特征。接着在特征附近采用较小的分层厚度以保留模型特征,其余地方采用较大的分层厚度以减少打印时间。最后检测遗漏的三角面片并对分层厚度进行修正,以防止模型特征丢失。实验结果表明:对于实验所采用的哑铃模型,所提算法能识别出传统算法识别不出的非局部最高或最低特征点;对于龙猫模型和锥体模型,本文算法可以识别出所有模型特征,并且可以根据模型特征的复杂程度调节分层厚度,在保证尖端高度分别为0.400 mm和0.355 mm的前提下,分层数较传统识别模型特征的自适应分层算法分别降低了2.5%和1.2%。

三维网格模型的快速拓扑重建算法

为了提高重建三维网格模型拓扑的速度,选择半边结构作为表示实体模型拓扑关系的结构模型,设计了新的用于加快顶点合并的索引方法。在顶点合并时直接定位到欲查找的顶点位置上,无须借助AVL等辅助查找表。拓扑重建的时间复杂度由原来的O(nlogn)降低至O(n)。通过SMF格式文件进行的测试结果表明,在普通PC上重建含有10万个三角面片模型的拓扑结构也只需1s。

STL格式实体的快速拓扑重建

STL格式文件是一种用实体表面的三角形进行CAD数据交换的文件。由于格式简单,目前它已成为一种CAD数据交换的事实标准文件,许多CAD系统都能够生成这种文件。在STL文件中,实体表面的所有三角面片被无序地列出,不存在任何拓扑信息。然而在许多基于STL的应用系统中,建立三角面片之间的拓扑关系是必要的。由于自由曲面实体所生成的STL文件包含的三角形数量非常大,所以在拓扑重建时算法的速度显得特别重要笔者给出一个建立STL格式实体拓扑信息的快速算法,对于一个包含几万个三角形的STL文件,在一般的微机上只需几秒种完成。

基于分层切片原理的三维雕刻算法

分析了多种基于STL模型的快速分层算法。在综合多种算法优点的基础上,首先提出了对三角面片的顶点按其切片方向进行从小到大排序,以快速滤除冗余顶点;并在此基础上建立三角面片的顶点链表及面向量,以实现STL模型的拓扑信息重构;最后基于所重构的拓扑信息,结合几何连续性分层算法实现高效的自适应分层算法。并通过C++实现了这一算法,证明了快速成型技术的分层制造思想可应用于三维雕刻的CAD/CAM,在技术上是可行的。

重庆万州长江岸坡陡崖后退速率的估计

重庆万州的长江岸坡发育剥蚀基岩平台与陡崖,我们采用三角坡面法估计了陡崖的后退速率。采用该方法的依据是,铺垭口的陡崖下存在形成时代不同的坡面,同时该地点的地层近水平,所以我们假定陡崖的后退过程类似干旱-半干旱环境中的平顶岩屑堆地貌的形成过程。通过对前一阶段残留坡面的函数拟合,可以估计陡崖的后退距离。如将残留坡面上T3阶地的年龄近似为崩坡积的形成年龄,则计算出的陡崖后退速率大约是0.51 m/ka。这个数据表明,该地区最高的450 m的剥蚀基岩平台大约在2.3 M a前左右被长江切穿,推测2.3 M a可能是三峡贯通年龄的上限。

基于包围盒和三角面片的碰撞检测优化算法

通过将碰撞干涉检测优化为粗检测和精检测两部分,粗检测采用改进的OBB层次包围盒算法,精检测采用基于三角形面片相交检测的优化算法,在保证运算精度的情况下提高碰撞检测速度。粗检测部分通过改进构造OBB层次包围盒的算法,在提高包围盒紧密性的同时改善包围盒树的存储结构;精检测部分通过运用一种基于三角形面片相交检测的优化算法,减少了算法总的计算量及所需变量数目,从而提高了系统的实时性。最后进行仿真测试,结果证明检测速度明显提高。

一种沙漠场景地杂波雷达散射截面的仿真方法

利用三角形小平面模型、修正的几何光学模型与γ-f角度截断后向散射系数模型和沙漠场景的数字高程模型数据,对沙漠场景下地杂波雷达散射截面进行了仿真。散射特性模型结合场景几何模型计算得到的场景RCS矩阵图表明,仿真结果与沙漠场景特殊的地形特性和周期性特征基本符合,验证了该方法的有效性。

微动复杂目标雷达散射截面计算方法

在对雷达目标的动态特征提取和识别的研究中,需要能够逼真地反映目标的结构特性和运动特性的模拟信号。文中应用物理光学法和物理绕射理论,针对复杂动目标和多目标对目标面元和尖劈进行多普勒频率分级的方法实现了动目标的雷达散射截面计算;提出了微面元快速消隐算法和微动目标的模型剖分准则。应用该方法可以模拟转动、颤动以及非刚体运动目标的电磁散射特性。

基于三角面模型的虚拟轮廓铣削仿真研究

针对基于三角面片构建的带内腔毛坯模型,在轮廓铣削仿真时,由于在不完全被切除的三角面片中未被切除顶点的不移动,所造成被切削轮廓面不光顺的问题,提出了沿刀具切削包络面的法向,未被切除的顶点移动到包络面上的方法,解决了轮廓面不光顺的问题;而对于仿真铣削带内腔毛坯时,就内外表面如何关联的问题,首先提出了判断刀具进出模型内外表面的算法,然后给出了轮廓面与内腔面关联的方法,完善地解决了这一问题。基于本研究提出的方法,通过VirtoolsDev开发平台,对带内腔的三角面片模型,获得了具有光顺切削表面的仿真效果。同时,使得铣削仿真精度也得到了根本性的改善。

基于QTM的WGS-84椭球面层次剖分及其特点分析

在分析现有球面剖分的基础上,发展出一种基于四元三角格网(QTM)的WGS-84椭球面层次剖分方法;并计算不同层次剖分格网的面积、边长变化情况,分析格网的特点。研究表明该格网近似规则,且具有层次嵌套性等特征,为其实用化和误差控制提供了依据。

双级带冠整体涡轮叶盘电火花加工仿真及验证

由于双级带冠整体涡轮叶盘具有结构通道狭小、叶片扭曲的特点,传统数控加工时刀具可达性差,多轴数控电火花加工是其主要的加工方法。论文主要研究了基于压缩体素模型的双级带冠整体涡轮叶盘仿真与验证方法:通过引入压缩体素模型方法,构建了双级叶盘毛坯和成型电极模型,减少了模型的存贮容量,根据电火花轨迹路径构造电极扫描体,通过与双级叶盘压缩体素毛坯模型布尔运算完成多轴数控电火花加工仿真;在传统Marching Cube算法基础上,提出了一种新的压缩体素表面提取算法,提取效率高,模型显示质量较好;应用RABS算法对加工仿真后模型表面进行误差分析并对误差分析结果进行可视化显示。采用上述方法,成功验证了成型电极的合理性及电火花加工轨迹的可行性。

对含内孔面模型的切割仿真研究

为了快速封堵含内孔的面模型被切割后形成的中空截面轮廓,以便完整的表达模型。采用先剖分外轮廓,以封堵整个截面的轮廓,然后依次去除内轮廓区域的思想,最终实现中空面的封堵。先使用逐点插入算法剖分整个中空截面轮廓,然后删除已检测到的内孔洞的区域,在确保剖切面内所有轮廓顶点不发生任何变化的要求下,实现了含内孔面模型的快速切割仿真,并使用实例加以验证。该算法可以广泛地应用于各种含内孔面模型的切割仿真,尤其在医学手术仿真中。

基于细分曲面数控刀位轨迹的生成

阐述了基于细分曲面数控加工刀具轨迹的生成方法,主要包括求交点的算法和对交点进行优化处理的算法,该方法具有一定的可行性和实用性。

三角形二叉树在数控加工仿真中的应用

三角片离散法在动态显示时需要渲染大量的三角片,难以保证数控加工仿真的实时性与真实性。为此,利用三角形二叉树LOD模型实现三角片的分裂与合并,通过误差二叉树、制分裂及强制合并算法控制三角片的数量。实验结果表明,与三角片离散法相比,该方法的仿真效果较好。

一种基于自适应均值平滑算法的三维重绘技术

MEMS传感器工艺仿真的计算基础是体素模型,但是由于体素模型分辨率所限可能造成阶梯效应,以致体素模型的可视化效果不好。因此我们需要将体素模型转化为三角面片模型,但是通过常见的转化方法所得到的三角面片模型表面粗糙。提出了一种基于自适应均值平滑算法的三维重绘技术,对体素模型进行程度不同的平滑滤波,再利用Marching Cubes算法得到三角面片模型。经仿真实验表明通过所提的方法得到的三角面片模型表面光滑可视化效果更好。

增材制造中STL模型三角面片法向量自适应分层算法研究

本文提出了增材制造技术中STL模型三角面片法向量自适应分层新算法。该方法寻找与层厚t相交的三角面片的最小法向量,应用三维模型体素中x-y分辨率和STL模型中三角面片法向量与制造方向间夹角变化关系,实现STL模型的自适应分层。用此方法分层,减少了分层参数处理的复杂性,使自适应分层变得更加简单且易实现,得到的分层厚度值更加准确。由于自适应分层是在允许的误差范围内得到的分层厚度,因此在STL模型轮廓变化明显的区域分层更加精细。

基于三角面元波面分割的海面红外成像仿真

从海面小波面法线出发,采用海浪谱模型模拟海面的形态,提出一种新的简便算法,将海面各小波面划分成三角面元,通过求三角面元的法向量来计算海面发射率,大大降低了计算的难度。其次,综合考虑海面自身热辐射及海面反射天空、太阳辐射和探测器与海面之间的大气路径光谱辐射,建立海面红外辐射模型。最后,生成海面红外辐射的灰度图像,并给出在不同探测器天顶角下的仿真结果。通过结果分析,该方法可以有效地模拟海面红外辐射特性,仿真的红外图像对于舰船红外仿真研究及红外探测具有重要意义。

基于三角面片法矢量的适应性分层算法

等层厚层切法数控铣削是复杂曲面粗加工和半精加工的主要方法之一,但实际的切削实验表明所加工的工件在水平面附近的切削余量分布不均,而目前的分层方法都不能很好地解决这一问题。提出了一种基于面片法矢量以及面片组面积阈值准则的适应性分层算法。新算法通过面片法矢量检测出可能发生局部欠切的部位,并以高度值对面片分组,根据阈值准则确定曲面上大水平面的高度值,进一步结合给定的分层厚度确定分层高度,然后在所得到的分层高度进行分层。新算法能够根据工件模型,适应性地确定分层平面的高度,实验证明应用所提出的算法法规划的分层切削路径解决了前述的问题。

利用岩层三角面图解计算产状的新方法

现有的线性投影图解法求解岩层产状尚有某些局限性。该文经理论推导,在原方法的基础上得出三种新的方法。