基于点云曲面的定角度自动铺丝路径规划

研究了点云曲面自动铺丝路径规划,提出了使用移动最小二乘投影法投影初始路径的直接投影法。对点云切片法加以改进,提出了点云投影切片法。利用三次B样条插值算法拟合投影点生成初始路径,并提出弦长细分投影的等距偏移算法。针对偏移路径无法到达曲面边界的问题,提出基于路径样条线末端延伸的边界处理方法。最后通过CATIA的逆向工程模块实现了算法的可视化,建立了三维建模软件与路径规划算法的系统关系。

基于脉冲耦合神经网络的点云曲面去噪

提出一种基于脉冲耦合神经网络(PCNN)的点云曲面去噪算法.该算法主要分为两步:噪声点定位和噪声点滤波.首先针对点云曲面构建一个PCNN神经网络,各个神经元的外部刺激值由邻近点的几何位置差异和法向差异构成,利用神经元输出的自适应点火捕获特性,实现了噪声点的定位;而后针对点云曲面中的噪声点,基于网格光顺中双边滤波的思想,实现噪声点的滤波,对于非噪声点,则保持原有的几何位置不变.实验结果表明,由于区分了噪声点和非噪声点,该算法较传统的点云曲面去噪算法能更加有效的去除噪声的同时并保持模型的几何特征.

基于顶点变形梯度的点云曲面变形传输

为了重用现有模型的变形结果,给出一种点云曲面的变形传输方法.利用顶点变形梯度来编码源点云的变形信息,通过一个全局的二次能量优化,实现了点云曲面的变形传输.顶点的变形梯度由顶点的k邻近点决定,并从能量优化的角度得出了顶点变形梯度的一个闭合解.该方法可直接在点云上进行,无需类似网格的拓扑结构,也不要求源点云与目标点云具有相同的采样点数和一致的对应关系.实验结果表明,该方法能有效地实现源点云与目标点云之间的变形传输.

基于顶点变形梯度的点云曲面形状插值

为了重用现有模型,减少动画设计的工作量,需在点云曲面关键帧之间进行形状插值.给出了点云曲面顶点变形梯度的计算方法,顶点变形梯度由其k邻近点决定,并从二次能量优化的角度给出了一个闭合解.基于该变形梯度以及移动最小二乘方法建立了源点云与目标点云之间的对应关系;将变形梯度进行矩阵极分解,对分解后的各分量分别进行插值,再通过一个全局的二次能量优化实现点云曲面的形状插值.该方法直接在点云上进行,无需类似网格的拓扑结构,也不要求源点云与目标点云具有相同的采样点数和一致的对应关系.实验表明,该方法能有效地实现源点云与目标点云之间的形状插值.

点云曲面等残留高度刀具路径规划

现有方法在解决满足一定条件的测量点刀具路径直接生成问题时存在若干缺陷,为此提出一种基于最小二乘支持向量机的点云曲面三坐标加工等残留高度刀具路径生成方法。应用最小二乘支持向量机拟合散乱点,完成四边形网格划分,实现散乱点的网格化重建。分别以残留高度和刀具半径为等距距离,对初始网格进行等距计算,得到以网格形式表示的残留曲面和刀具中心曲面。应用曲面等残留高度刀具路径生成几何模型,通过网格曲面与刀具包络面之间的求交计算和逐步递推方法,求出矩形域内点云曲面加工等残留高度刀具路径。应用边界网格识别和测量点高斯映射技术提取边界特征点。通过边界裁剪,求得实际边界域内的刀具路径。通过实例验证了该方法的可行性,并与目前常用的等间距刀具路径生成方法进行比较,结果表明该方法能够合理地解决加工精度和效率间的匹配问题。

基于几何图像表示的点云曲面网络渐进传输

由于数据量大,直接传输点云曲面需耗费大量传输时间。文章提出了基于几何图像表示的点云曲面网络渐进传输方法。基于几何图像表示的点云曲面减小了点云曲面的存储代价,大大节约了网络传输时间。为了实现渐进传输,对平均金字塔层次结构图像进行了改进,通过几何图像的渐进传输来实现点云曲面的网络渐进传输。

散乱点云曲面边界的二次提取算法

针对点云曲面边界提取算法计算量大、时间耗费多的问题,提出一种点云曲面的二次边界提取算法。采用空间包围盒法将点云曲面均匀地分为若干个小立方体,将每个点都放入一个立方体内,并通过每个立方体周围非空子立方体的个数以及分布情况提取边界子立方体。结合点云曲面数据点的分布特征,在边界子立方体内将目标点的所有K近邻点投影到以目标点为中心的平面上,计算投影点与中心点形成的向量与某条坐标轴的夹角,通过判断其是否满足预先设定的条件来判定目标点是否为边界点。实验结果表明,该方法可有效减少计算量,提高提取精度。

RPM中点云曲面栅格法自适应分层技术

结合RPM中一般自适应分层技术及对点云均匀分层构造RP模型方法,提出点云曲面栅格法自适应分层。以栅格为基元,将点云投影栅格化,从中获取栅格点集,结合相关系数判断栅格点线性关系,由此提取层间轮廓。定义投影点云栅格面积差比为表面误差,建立其与堆层厚度的关系,通过表面误差逼近定值最终确定堆层厚度。经实例分析验证,分层结果满足RPM要求。

基于支持向量机的点云曲面刀具路径规划

针对单值散乱点云曲面刀具路径规划问题,提出了一种基于最小二乘支持向量机的计算方法。在计算过程中,将点云数据向平面投影,得到二维点集。应用网格划分和边界网格内测量点高斯映射技术,提取平面区域内的边界特征点。用边界特征点定义点云曲面的实际加工区域,在此区域内规划平行等间距刀具路径。应用最小二乘支持向量机拟合点云数据,求得被加工曲面的连续表达模型,经此模型将二维刀具路径数据向三维空间映射,求出刀触点数据。将刀触点经法向偏置计算,求得刀位点。实例验证证明,该方法能较好地解决信息不完备散乱点云曲面刀具路径生成问题。

点云曲面的多层次几何图像表示

提出了点云曲面的几何图像表示方法 通过球面极坐标将点云曲面的几何信息及表面属性信息映射到二维图像中 ;对于结构复杂的点云曲面 ,提出了多层次图像的方法 ,达到了对点云曲面的精确表示 利用该方法易于实现对点云曲面的压缩、编辑、简化、模型检索。

点云曲面的复合几何图像表示及其应用

为了得到点云曲面的几何图像,提出一种新的点云曲面的表示方法.将点云曲面的笛卡尔坐标转换为球面极坐标,采用极坐标中的二个角度参数作为二维像素位置坐标,将这个位置上对应的极半径的最小值作为该像素上的灰度值,得到第一幅r(θ,φ)灰度图像.利用同样的方法,在剩下的未被转换的点云中构造第二幅θ(r,φ)图像,由前二次转换剩余的点云转换成第三幅φ(r,θ)图像.将三幅灰度几何图像分别对应彩色图像的R、G、B分量,合成为一幅复合彩色几何图像.结果表明,该方法实现了用彩色几何图像对点云曲面的精确表示,从而可以利用图像处理的方法实现点云曲面的高效压缩和简化.

采用Matlab面向复杂约束大规模点云曲面重建

以点云为基础的空间曲面重建技术是反求工程的一项重要研究,在CAD建模和地质建模等领域能发挥重要作用。结合地质曲面重构面临的主要问题论述利用Matlab软件面向复杂约束的大规模点云曲面在反求工程领域的重建。

基于三维点云处理的髋臼锉锉齿尺寸分析

髋臼锉是髋关节置换手术中最重要的手术刀具之一,髋臼锉锉齿的尺寸变化会影响髋臼锉对髋臼的铣削质量。通过处理髋臼锉三维点云可以检验髋臼锉的磨损情况,为此提出基于三维点云处理的髋臼锉锉齿尺寸分析的算法。首先结合锉齿孔洞具有点云的边界特征引入微切面法,利用最大夹角准则获取髋臼锉点云的边界;然后通过K-means聚类算法分割点云边界以标记不同齿孔位置,并对分割出的各个齿孔边界点云进行半径最近邻搜索获取隶属不同的锉齿孔的齿刃点云;最后通过RANSAC(RANandom SAample Consensus)算法对髋臼锉三维点云进行球面拟合,计算各齿孔上的齿刃点云到拟合球心的欧氏距离来分析髋臼锉的切削齿尺寸。以PCL(Point Cloud Library)为框架,实现了对髋臼锉锉齿点云的处理,其中髋臼锉点云的齿孔分割准确度达到100%,髋臼锉点云球面拟合半径精度达到0.004 mm;并对各个锉齿点云尺寸范围进行了分析。实验结果表明,所提算法对髋臼锉点云处理效果好,能有效地实现髋臼锉锉齿尺寸分析。

基于点云切片技术的曲面拟合方法研究

针对现有点云曲面拟合方法对曲率和法矢变化大的点云拟合精度低,对含有多种复杂曲面的点云数据拟合效果不佳等缺点,提出了基于双向切片优势互补的点云曲面拟合方法,通过投影将点云数据实现降维处理,将整体点云数据分割成适量切片,能克服复杂曲面的不利影响。通过增加方向维度和基于切片技术的平面拟合方法来获得拟合数据,使用移动最小二乘的方法对拟合后数据实现整体光滑处理,弥补了降维处理的切片数据拟合精度不足的缺点。实验结果对比显示,基于双向切片优势互补的点云曲面拟合方法在精度和稳定性方面均有了明显提升。

采用激光扫描点云拟合自由曲面的重构特性研究

三维激光扫描仪可快速获取物体表面离散点云,研究了离散点云曲面拟合以及提高曲面品质的方法。讨论了控制点、曲面阶次、节点数等因素对曲面重构精度的影响,控制顶点的增减与位置改变直接导致重构曲面控制网格的变化和曲面拟合精度,对于百万点云数量,剖分为100个四边域面片,选用60～80个控制点比较适宜。通过提高曲面拟合阶次和节点数,可有效提高曲面重构精度,当曲面阶次为4×4,节点数为5×5,光顺系数为0.7000时,曲面-点云最大偏差为0.0408 mm。

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。

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。

基于工业CT的零件内外曲面形位误差分析

针对具有复杂内腔结构零件的内部曲面形位误差分析困难的问题,提出了一种基于工业CT技术的零件复杂内腔的形位误差分析方法。首先,使用工业CT对零件进行扫描并重建为测量STL模型。然后将设计IGES模型离散为STL模型与测量STL模型进行配准。其次,利用设计IGES模型作为引导,判定测量STL模型中的点和IGES模型各曲面的归属,自动分割测量STL模型中的所有曲面。最后,选取设计IGES模型的曲面并对曲面对应的点云簇进行形位误差分析。选取百万级测量点云的阀体模型进行实验,完整地分割点云模型所有曲面,选择任意曲面进行形位误差分析,测得选定内部曲面的圆柱度为1.11 mm、平面度为0.61 mm、平行度为1.92 mm。本文方法只需输入零件测量STL模型和零件设计IGES模型,再选取设计IGES模型待测曲面就可以自动地完成零件内外曲面的形位误差分析。

采用正交函数优化三维自由曲面

自由曲面重建时,一般采用增加控制点个数来提高曲面拟合精度,但控制点的增加会引起曲面连续阶数变低。通过分析传统算法在曲面拟合中的不足,提出采用正交函数的曲面拟合方法,该算法避开不规则数据点进行拟合,保证了曲面的光顺性。当采用3×3阶曲面,36个控制点进行曲面拟合时,曲面重构最大误差仅为0.077 0mm,曲面满足G2曲率连续。实验结果表明,所提出的曲面优化算法,实现了曲面控制点数与曲面光顺和重构精度的最佳匹配,提高了曲面拟合的品质。

数字几何处理及其应用的最新进展

详细回顾了最近20年来数字几何处理技术的发展历史:从最初的局部研究到当前的整体研究;从各个不同应用分支研究到系统性研究;从工程化的研究到统一理论框架下的系统研究;从兴趣出发的研究到满足应用需求的研究.从中可以了解到该领域的技术积累及存在的问题,并给出今后该领域的研究方向.