多面体三向DEXEL模型与虚拟快速原型过程仿真

提出了一种多面体的DEXEL化算法,建立了一种多面体的三向DEXEL模型。在同一三向DEXEL模型空间,对不同多面体的三向DEXEL模型实现并、交、差布尔运算。根据三向DEXEL模型的层状结构特点,将三向DEXEL模型用于快速原型系统过程仿真。通过一个大体素,模拟快速原型设备激光头的一次移动过程,通过零件一层内所有激光头的移动形成零件的一层,再通过层层堆叠的方式形成整个零件。在Java 2.0与Java 3D环境下编程,实现并验证了所有算法,并给出了一个零件的快速原型过程仿真实例。

多面体三向DEXEL模型与布尔运算

提出了一种多面体的DEXEL化算法及一种三向DEXEL模型。与单向DEXEL模型相比,三向DEXEL模型能更精确地表示一个型体。在同一三向DEXEL模型空间,实现并、交、差布尔运算。将三向DEXEL模型用于飞机复合材料零件设计,设计了蜂窝结构、方管、圆管结构。在Java2.0与Java 3D环境下编程,实现并验证了所有算法。

基于DEXEL体造型技术在飞机复合材料零件设计中应用

飞机复合材料零件结构分为蜂窝结构、夹心结构、空心结构、夹层结构等。在以边界面表示的体造型系统中,难以设计这些复杂结构。在提出的基于DEXEL体造型系统中,通过布尔运算可很容易设计这些复杂结构。通过射线组群与多边形的求交算法实现体的DEXEL化。通过基于DEXEL模型的布尔运算实现复杂体设计。通过大体素可显示体的颜色与材质等属性。该系统在Java2.0与Java3D环境下编程实现。为验证该算法,给出了一个飞机水平安定面翼肋设计实例。

改进的Voxel模型及其精度验证算法的研究

分析了五轴数控加工仿真中常用的三维实体建模方法的优缺点,并提出了改进的Voxel模型,可以有效的降低模型的空间复杂度,同时结合三向Dexel射线求交算法和动态标志位复位技术,能够有效的提高切削判断计算速度,保证数控仿真的实时性。在此基础上,引入了精度验证的概念,阐述了各种精度验证算法的思想,并将Z&N精度验证算法应用于改进的Voxel模型中,达到验证模型误差在可接受范围内的目的。

基于压缩体素模型的快速成型直接切片算法

基于STL文件模型的间接分层切片算法存在缺乏拓扑信息,面误差诊断修复困难等问题,结合压缩表示形式的体素模型特点,提出了一种新的基于压缩体素模型直接切片分层优化算法。该算法利用Dexel模型记录的Dexel射线和物体交点所表达的物体表面点位置,通过设定分层平面厚度等参数获得截面轮廓数据,生成可直接适用于快速成型系统的共用层接口CLI文件。该算法在虚拟油泥造型系统中得到了应用,实验结果表明算法稳定、分层效果良好。

体素模型表面优化提取方法及图形显示

三维体数据的显示方法有2种:直接体绘制方法和间接体绘制方法.本文首先比较了这2种体数据显示方法的优缺点,然后介绍了基于渐进立方体(Marching Cubes)方法的间接体绘制方法.根据压缩形式的体素模型特点,提出了一种新的体素模型表面三角网格提取优化算法,该算法利用材料变化信息直接在位于物体表面的体素模型中提取表面三角网格,与传统的Marching Cubes算法相比,该算法不仅可以跨越物体外部全空的体素,还可以跨越位于物体内部全实的体素.该方法在基于Voxel模型的五坐标数控加工仿真系统中得到了应用,测试结果表明,采用该方法提取体素模型表面三角网格时可以提高效率2～3倍.

一种压缩体素模型在加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统的基于空间分解的体素建模方法需要计算机内存空间大,仿真时间长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,大大简化了仿真过程中的布尔运算,有效压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高。根据该压缩模型特点,设计了基于MachingCubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍,在实际应用中取得了良好的效果。

体绘制中显示隐含分界面的一种方法及其实现

在普通的体光照模型下,使用直接体绘制显示对象内部的隐含分界面(内部不同介质之间的分界面),需要改变传递函数,确定体素的颜色值和不透明度.虽然能够看到对象内部的结构,但是在这种模型下,要透过物体的表面清晰地看到其内部的隐含分界面是不可能的.这一方面是由于普通体光照模型中的粒子不具有选择透光性,即不能透过波长在一定范围内的可见光而吸收另一部分波长不同的可见光,只能同等地吸收各种波长的光;另一方面是因为普通体光照模型缺乏表面信息部分.该算法使用一种具有选择透光性的体光照模型,在这种模型中加入表面散射部分,这一部分与视线、光源位置无关,同时采用非真实感绘制技术来加大隐含分界面的显示效果.在这种光照模型下,可以清晰地显示出隐含分界面具体的细节部分.

一种基于八叉树的快速体素化方法

当前的体素化方法大都具有较高的复杂性,计算开销大,对硬件要求高。为了简单快速地实现3D模型的体素化,提出一种基于八叉树的快速体素化方法。首先在使用八叉树进行模型细分的基础上,得到模型表面数据。然后根据表面数据选择多个方向对模型进行逐行扫描。该方法能快速地区分出模型的外部数据和内部数据,最终实现模型的体素化。对不同分辨率下的多种模型的实验结果表明,文中提出的方法能有效地实现快速体素化,具有一定的应用价值。

人造微孔骨结构RP过程仿真研究

在人造骨设计中,为了能使人造骨部分与人体骨组织在一起生长、融合,就要求人造骨具有与人体骨组织一样的微孔结构。边界面与实体模型很难作到这一点。通过将多面体三向DEXEL模型转换为小体素模型,并设置小体素的透明度属性为全透明,实现人造微孔骨结构设计。将沿y轴方向相同属性的小体素合并为一个大体素,模拟激光头的一次烧结轨迹,通过层层堆叠方式实现RP过程仿真。在Java2.0与Java3D环境下编程实现并验证了所有算法。

人造微孔骨结构设计研究

在人造骨设计中,为了能使人造骨部分与人体骨组织在一起生长、融合,就要求人造骨具有与人体骨组织一样的微孔结构。边界面与实体模型很难作到这一点。通过多面体的三向DEXEL模型与并、交、差布尔运算,生成任意复杂型体的三向DEXEL模型。将多面体的三向DEXEL模型转换为小体素模型,实现复杂属性体建模。通过设置小体素的透明度属性为全透明,实现人造微孔骨结构设计。在Java2.0与Java3D环境下编程实现并验证了所有算法。

支持机床在线可视化监控的切削仿真算法研究

基于真实机床运行信息和3D数字化机床模型实现加工过程的在线可视化监控是目前加工车间管控的新技术。3D在线切削仿真存在一些新困难:无法预知刀具轨迹、要求与真实加工基本同步执行。提出一种基于二叉空间分割单向Dexel模型的快速切削仿真算法,它基于工件的3D模型预处理生成二叉树存储结构的单向Dexel模型;利用刀具和工件重叠包围体在二叉树结构上确定可能干涉区域;在计算单向生成线与刀具几何体的交线,得到被切削工件。本文算法已经广泛用于加工车间监控、与真实机床结合的"真机虚工件"模式的AR切削培训等领域,应用表明该算法对于工件大小与形状具有良好的适应性,同时具有极高的计算效率,可以支持在线切削监控。