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《吉林大学》 2004年
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汽车车身光顺曲面模型创建与评价方法研究

马铁利  
【摘要】: 汽车工业是一个技术高度密集的成熟产业,是当今许多高新技术的载体,而产品开发是汽车工业技术的核心。经过近十来年的高速发展,我国的汽车工业综合技术开发水平已经有了很大提高,紧跟国际汽车发展潮流。计算机与信息技术在汽车开发中得到越来越广泛的应用,从“甩图板工程”到搭建三维设计平台到实现全三维数字开发,我国的汽车新产品开发技术上了一个新的台阶。 但就总体而言,与国外高水平相比,我国的汽车开发技术还存在相当大的差距。我们应用现代技术进行车身数字模型设计工作仅仅是刚刚开始,许多技术仍在探索中,有些国外技术我们引进后应用得不成熟,有待于吸收和推陈出新。例如曲面光顺技术、计算机检测评价技术、车身数字曲面模型的实物快速原型技术及内饰模型制作技术等等。 随着计算机技术和信息技术的飞速发展,其应用范围也越来越广,汽车车身设计由此进入了三维几何建模时代。由于三维机械CAD的逐步普及和CAD数据标准的日渐丰富和完善,对车身曲面数学模型的质量要求越来越高。考虑造型、分析、工艺制造等方面,对车身曲面光顺的研究越来越深入。 国外学者在曲面光顺的研究与应用方面已相当深入,并且不断有新的理论涌现,新的方法加入到开发应用行列,如小波光顺曲面评价,光照模型等。 国内在这方面的高水平研究首推北京航空航天大学和浙江大学。由苏步青开始的一代代学者作了大量的卓有成效的工作,北京航空航天大学的施法中和朱心雄等提出了曲面光顺的评价准则,浙江大学的王国瑾等对当前流行的曲面及其数据处理的各种方法进行了细致的研究,推导了新的公式,提出了新的算 WP=136 法,编写了大量程序。 为了实现造型设计意图并保证车身曲面设计质量,使下游的分析仿真和工艺规划等各项操作更加迅捷和便利,本文提出车身光顺曲面模型的概念,对其创建和评价方法作了深入细致的探讨。 首先对汽车车身设计技术的变迁作了概述,对车身三维设计技术的发展作了概括,对车身开发设计的发展趋势中的新技术进行了介绍,尤其是逆向工程技术与虚拟产品开发技术的应用与发展。 在汽车车身曲面设计中用到了多种曲面描述理论和创建方法,论文对Bézier理论和NURBS理论及其几何属性作了详细描述,并且编写了相应的程序。分析了作为CAD和CAGD曲线曲面描述基准的B样条的创建方法和应注意的问题。在此基础上,提出了一种改进的de Boor算法,即采用累加弦长的参数化方法对节点向量进行非均匀处理,将控制点的分布反应到节点向量中,使生成的B样条曲线从形状上更加光顺,更符合设计要求。然后介绍了在车身曲面创建方法中常用的B样条张量积曲面的定义,分析了处理点云数据常用的最小二乘样条拟合和薄板样条拟合方法,并给出了应用实例。接着叙述了逆向工程中的点云处理和提取方法,介绍了Voronoi分割和Delaunay三角化的原理和方法,用实例作了检验。还分析了能保留形状特征的弦长过滤方法,给出了快速得到高质量点云数据的处理流程。 接着提出了车身光顺曲面模型的概念,提出了基于几何二阶不变量的车身光顺模型的五条准则和相关量化指标要求,主要是单个曲面的质量和曲面间拼接的连续要求。详细分析了车身光顺曲面模型的创建方法。对车身设计中的曲面问题进行了解剖,给出了创建车身光顺曲面模型的解决思路和创建流程,使车身曲面模型的设计过程更加简便易行。 接下来叙述了曲面的光顺评价和检查方法,着重描述了车身曲面设计中广泛应用的基于曲率的方法和光照模型方法,对曲率图、等照度线(斑马线)、反射线(包括反射圆)、高光线检查方法的原理进行了分析和比较,并用实例作了验证。对综合采用曲率图和高光线法评价曲面质量进行了仔细分析和实例验证。 然后引入了一种全新的直接评价曲面光顺的方法—基于三阶几何不变量的曲面光顺处理方法。曲面光顺的度量是通过要求所有给定的曲线都满足恰当的 WP=137 光顺条件来实现的。在用曲面的二阶不变量曲率值 作为光顺准则的基础上,通过对其求导 ,给出了用来表达光顺度量的六个基本的三阶不变量,推导了用主曲率、高斯曲率及平均曲率计算的三阶不变量的公式,并用实例作了验证。此方法是基于三阶不变量的度量方法,比我们熟悉的基于二阶不变量的方法(如曲率方法、光照模型方法等)更直接。期待着该方法在车身曲面光顺中发挥作用,进一步减少车身设计中“反复验证”的循环,使车身曲面设计过程更直观、更高效。 接下来论文用作者参与的三个车身开发的工程实例对车身光顺曲面模型的创建与评价方法进行了应用实现,从轿车、轻卡和大客车三个方面对车身曲面建模过程中遇到的典型问题作了详细分析,并给出了针对性地解决方法。在具体到如何应用前面描述的车身光顺曲面模型的创建与评价方法时,文中给出了有代表性的应用实例,如特征曲面的生成,多边区域光顺处理,零件分块的方法,数字模型与实物模型的比较,以及大客车三角区域的创建方法等,力图对车身设计提供有益的思路和借鉴。 车身光顺曲面模型的创建是一个不断追求完美的过程,文中提出的光顺要求可解决目前困扰车身开发设计人员的曲面模型的光顺问题,希望为提高车身开发效率和质?
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U462

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【引证文献】
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1 王若莹;邵利平;;NURBS边界曲面直接生成法[J];计算机应用;2008年01期
2 李辉;罗龙飞;陈志刚;;CATIA的汽车A级曲面质量评价方法[J];汽车工程师;2010年06期
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1 兰巍;理性化汽车造型的设计方法研究[D];吉林大学;2010年
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1 高尚鹏;汽车车身A级曲面光顺关键技术研究[D];山东理工大学;2011年
2 杨超峰;虚拟样机技术在拖拉机造型中的应用研究[D];河南科技大学;2010年
3 谌可;非光滑车表汽车的空气阻力特性研究[D];浙江大学;2012年
4 张策;面向空气动力特性和结构分析的客车车身造型[D];武汉理工大学;2006年
5 张晓秋;基于并行工程的仪表板造型可行性研究[D];吉林大学;2006年
6 刘善水;威尼斯之旅客车车身造型设计和分析研究[D];南京航空航天大学;2007年
7 田波;曲面拼接及其在车身外形设计中的应用[D];湖南工业大学;2008年
8 武大伟;逆向工程在产品设计中的应用研究[D];沈阳航空工业学院;2008年
9 易红州;基于CATIA的汽车虚拟造型逆向建模研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
10 朱安亮;轿车车身外表面建模技术与光顺性评价方法研究[D];扬州大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 王宇华,范彦斌,冯心海;实物测量造型中光顺准则和方法探讨[J];佛山大学学报;1996年06期
3 穆国旺,朱心雄,涂侯杰,雷毅;曲面光顺的分片能量法[J];工程图学学报;1999年01期
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5 孙延奎,朱心雄;任意B样条曲面的多分辨率表示及光顺[J];工程图学学报;1998年03期
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8 王洪亮,王小椿;一种三次B-样条曲面的局部光顺算法及实现[J];计算机应用;2000年S1期
9 王承翔,颜运昌,黄天泽;汽车车身表面测量数据光顺方法研究[J];机械科学与技术;1996年06期
10 刘保嘉,徐宗俊,王巍,王诗杨;曲线及曲面的光顺性研究[J];机械与电子;2001年05期
【共引文献】
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1 俞芙芳,王志鑫;基于三坐标测量的产品自由曲面反求[J];工程塑料应用;2005年05期
2 夏成林;;n次Said-Ball曲线的连接[J];合肥师范学院学报;2008年03期
3 吴敏琦;注射模CAD技术中的几何建模[J];安徽大学学报(自然科学版);1996年01期
4 吴萍;光滑理想导体表面目标双站散射的可视化分析[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2003年02期
5 吴元斌;《计算机图形学》教学的几点体会[J];安康师专学报;2004年06期
6 陶玉琴;陈素根;;基于曲率调节的二次T-B样条插值曲线[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2008年04期
7 陈素根;苏本跃;汪志华;;拟Hermite曲线/曲面及其应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2011年03期
8 孙晓鹏,李游,曹力;高炉炉衬壁厚曲线绘制算法[J];鞍山钢铁学院学报;1997年02期
9 徐甜;刘凌霞;;Bezier曲线的算法描述及其程序实现[J];安阳师范学院学报;2006年05期
10 吉雪芸;三角函数在图案元素设计上的应用[J];保定师范专科学校学报;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张洋;岳东杰;朱邦彦;;基于B样条曲面拟合的文物表面重建方法研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 乐英;;NURBS曲线数控加工中双圆弧逼近算法的研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 李文斌;徐新平;;基于曲线的正切运动C轴的控制算法研究[A];第四届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2008年
4 乔学军;刘蓉;;一种构造光滑的闭NURBS曲线的算法及应用[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
5 李明峰;陈春晖;谈俊忠;;基于VC++的移动曲面拟合等高线生成算法研究[A];第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会论文集[C];2006年
6 李向前;黄美发;匡兵;鲍家定;王乔义;;平面要素规范表面模型生成方法[A];中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集[C];2009年
7 史海涛;刘江;;逆向CAD系统的程序模块和开发[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
8 蒋国兴;黄明吉;滕向阳;贾志新;;数控雕刻中交线加工刀具轨迹生成算法研究[A];先进制造技术论坛暨第三届制造业自动化与信息化技术交流会论文集[C];2004年
9 朱惠玉;孙忠良;宰守香;;逆向工程技术在摩托车发动机缸盖气道设计中的应用[A];2006年晋冀鲁豫鄂蒙川云贵甘沪湘十二省区市机械工程学会学术年会论文集(河南分册)[C];2006年
10 潘荣江;孟祥旭;杨承磊;王锐;;旋转体的几何特征提取方法[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨长强;激光扫描仪检校及车载激光点云的分类与矢量化研究[D];山东科技大学;2010年
2 赵猛;大屏幕多人沉浸式立体显示系统[D];大连海事大学;2010年
3 莫堃;基于隐式函数的曲面重构方法及其应用[D];华中科技大学;2010年
4 陈军;曲线曲面的几何约束造型与近似合并[D];浙江大学;2010年
5 蔡华辉;螺线和正交多项式在CAGD中的应用[D];浙江大学;2009年
6 沈莞蔷;CAD中变次数B样条的理论及其应用研究[D];浙江大学;2010年
7 孙锐;边界表示实体模型简化方法研究[D];浙江大学;2010年
8 边柯柯;反求工程中复杂自由曲面协调设计及拓扑还原技术研究[D];浙江大学;2010年
9 耿玉磊;基于系列模板耦合的三维服装款式创意设计方法研究[D];浙江大学;2010年
10 史云飞;三维地籍空间数据模型及其关键技术研究[D];武汉大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王庆牛;煤系地层三维地质建模及可视化技术研究[D];河南理工大学;2010年
2 白廷义;基于激光扫描数据的隧道曲面重建技术研究[D];山东科技大学;2010年
3 李平;基于逆向工程的液压元件设计、检测方法的应用研究[D];山东科技大学;2010年
4 毛晓捷;面向鞋楦自由曲面工件的柔性夹具设计方法研究与应用[D];浙江理工大学;2010年
5 木觉敏;压力舒适无缝内衣尺寸规格的研究[D];浙江理工大学;2010年
6 李静芳;参数曲线曲面在服装CAD中的造型研究[D];浙江理工大学;2010年
7 纪晓俊;有理贝齐尔曲线对回旋线的逼近[D];郑州大学;2010年
8 石尖锋;数字服装边界提取与编辑研究[D];浙江理工大学;2010年
9 彭妍;基于NURBS的船体曲面交互式CAD研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 尹佳;柴油/天然气双燃料发动机性能模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 古梅;计算机辅助曲面造型设计的探讨与实践[J];北方工业大学学报;1996年01期
2 王晋军;沟槽面湍流减阻研究综述[J];北京航空航天大学学报;1998年01期
3 林程,陈思忠,司鹏昆;轿车车身CAD数据库管理系统研究与实现[J];北京理工大学学报;2000年01期
4 付璐;付黎明;;价值工程在汽车车身造型中的应用[J];包装工程;2008年03期
5 付璐;付黎明;;汽车造型的技术因素研究[J];包装工程;2008年07期
6 杜子学;降低汽车空气阻力的车身造型设计[J];重庆工业管理学院学报;1994年03期
7 容正气,姜乐华;JT6890W客车外观造型研究[J];城市车辆;1999年03期
8 张荣建;计算机辅助设计在汽车车身开发中的应用研究[J];四川兵工学报;2001年02期
9 徐万红,张国忠,马世骁,马瑾;基于“草图跟踪”的复杂曲面设计方法[J];东北大学学报;2004年01期
10 陈涛;几何造型设计的NURBS技术[J];电脑与信息技术;1997年01期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 杜静;摩托车虚拟样机技术的研究及应用[D];重庆大学;2004年
2 黄琦;基于产品风格认知模型的计算机辅助概念设计技术的研究[D];浙江大学;2005年
3 王刚;自由曲线曲面微调整技术及其应用研究[D];浙江大学;2006年
4 张荣鑫;基于小波理论的船体NURBS曲线曲面光顺性研究[D];大连理工大学;2008年
5 付璐;汽车车身造型设计美学研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱炳哲;客车车身外流场的数值模拟计算[D];大连理工大学;2002年
2 江贤军;轿车空气动力学数值模拟及优化[D];武汉理工大学;2003年
3 唐振明;高速列车车头外流场的三维数值模拟[D];大连理工大学;2003年
4 何先卫;基于UG的虚拟车身数字化模型应用研究[D];湖南大学;2003年
5 刘义;基于ANSYS的水下结构声学优化设计技术[D];西北工业大学;2004年
6 黄建兵;人机工程学在工程机械驾驶室布置设计的应用研究[D];吉林大学;2004年
7 江志双;基于UG的客车车身计算机辅助设计[D];武汉理工大学;2005年
8 章虎冬;几何造型中自由曲线曲面光顺性研究[D];西北工业大学;2005年
9 苏文慧;汽车车身设计及其外围流场的数值模拟[D];大连理工大学;2005年
10 李书生;汽车车身造型设计方法的研究[D];沈阳工业大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 彭婧;王铁;;重型载货汽车“前脸”造型设计影响因素研究[J];包装工程;2013年20期
2 武振锋;袁玄成;朱黎;李建林;;基于高斯曲率的曲面质量评价方法研究[J];辽宁大学学报(自然科学版);2012年03期
3 李小建;杨随先;;基于CATIA的汽车驾驶室的人机界面设计[J];机械;2013年03期
4 吴华杰;孙立星;谷芳;褚洪杰;崔国起;;基于概念的逆向工程A级曲面创建方法的研究[J];机械设计;2013年04期
5 艾萍;赵博;;NURBS曲面结构与分面策略[J];机械设计;2013年05期
6 刘力;陈鑫;;车外后视镜基座造型的流场分析[J];汽车工程学报;2011年02期
7 武振锋;马宁波;杨欣翥;袁玄成;;基于CATIA的A级曲面定义及其评价方法研究[J];现代制造工程;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 齐行祥;基于个性化虚拟人台的服装合体性评价模型研究[D];东华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 尹璐;电动城市客车造型设计[D];吉林大学;2011年
2 徐庆红;面向分析的客车梁结构识别与前处理系统开发[D];大连理工大学;2011年
3 高尚鹏;汽车车身A级曲面光顺关键技术研究[D];山东理工大学;2011年
4 傅亚楠;CATIA逆向造型曲面优化技术研究[D];长春理工大学;2011年
5 王洪涛;汽车座椅点云数据的曲面化和参数化[D];吉林大学;2009年
6 黄传建;带形状参数的三角多项式Coons曲面的研究[D];中南大学;2008年
7 朱安亮;轿车车身外表面建模技术与光顺性评价方法研究[D];扬州大学;2010年
8 王振琦;基于并行工程的某轿车仪表板设计方法研究[D];吉林大学;2010年
9 郑泽亮;基于虚拟装配的车身装配质量分析[D];山东理工大学;2012年
10 张海峰;基于Fluent的电动汽车车身气动造型优化设计研究[D];扬州大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 孙延奎,朱心雄;B样条曲线的小波光顺法[J];工程图学学报;1998年04期
2 王承翔,黄天泽;平面多边形凹凸性的算法研究[J];湖南大学学报(自然科学版);1995年05期
3 赵修伟,孙家广;以网格曲线为连续条件的光滑曲面[J];计算机辅助设计与图形学学报;1994年02期
4 黄正东,王启付,周济,余俊;构造G~1曲面的变分优化方法[J];计算机辅助设计与图形学学报;1996年05期
5 宁涛,经玲,关志东,唐荣锡;优化技术在B样条曲面拼接中的应用[J];计算机辅助设计与图形学学报;1997年02期
6 兰凤崇,黄金陵,龚雪飞,成锋;车身雕塑表面测量数据处理中的区间协调理论及其应用研究[J];汽车工程;1994年05期
7 胡日章;;矩形域上散乱数据的离散边界条件光顺逼近[J];中山大学学报(自然科学版);1990年04期
【相似文献】
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1 应陈勇;鞠鲁粤;林成辉;;逆向工程在车身设计中的应用[J];机械与电子;2009年02期
2 李鑫;朱海勇;;逆向工程模型精度评价[J];科技信息;2010年27期
3 余娟;王志芳;;逆向工程在模具制造中的应用[J];模具制造;2006年08期
4 李宝峰;朱海花;郭朝勇;;基于实物的一种自由曲面逆向工程方法[J];现代制造工程;2007年05期
5 林有娣;张瑞乾;季向远;;CATIA与Windchill集成平台的构建[J];中国制造业信息化;2009年01期
6 苏文慧,于学兵;逆向工程——汽车车身设计中的新型开发方式[J];机械研究与应用;2005年01期
7 曹丹;;运用CopyCAD软件进行逆向工程设计[J];机械;2008年09期
8 廖勇;逆向工程在模具制造中的应用[J];广西机械;2003年01期
9 田涛;陈扬;史廷春;;逆向工程与新产品设计[J];河北理工学院学报;2006年04期
10 陈黎卿;王继先;郑泉;梁转平;;基于逆向工程的汽车车身造型研究[J];拖拉机与农用运输车;2006年06期
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1 蒋先枰;周安勇;;车身设计中的防锈分析[A];绿色制造与低碳经济——2010年海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会“年会”暨机械工程科技学术报告会论文集[C];2010年
2 金云光;赵飞;;基于精度控制的车身设计[A];2008年安徽省科协年会机械工程分年会论文集[C];2008年
3 李欢;;车身尺寸质量的控制方法[A];第十五届全国汽车检测技术年会论文集[C];2011年
4 吴栋华;;面向快速成型的逆向工程[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
5 戴勋;;白车身设计中的便利性与舒适性[A];绿色制造与低碳经济——2010年海南省机械工程学会、海南省机械工业质量管理协会“年会”暨机械工程科技学术报告会论文集[C];2010年
6 刘超凡;赵丰;;MCP及其在车身设计上的应用[A];第七届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2010年
7 臧加伦;;逆向工程概述及其在柴油机零件上的应用[A];2010年中国铸造活动周论文集[C];2010年
8 李世武;佟金;张书军;陈秉聪;;基于逆向工程的牛蹄三维几何模型曲面重构[A];中国农业机械学会成立40周年庆典暨2003年学术年会论文集[C];2003年
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10 张萍;;逆向工程中基于聚类的点云数据精简[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010年
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1 本报记者  刘彬彬;车身设计:从一见钟情到永恒倾心[N];中国工业报;2006年
2 曹璞;大众CC实现量产 车身设计获大奖[N];中国质量报;2010年
3 何柳;江淮同悦造型体现“中国风尚”[N];中国工业报;2008年
4 刘蕊;东风日产用高端技术搅动市场风潮[N];中国企业报;2008年
5 俞静;轻量化成就睿翼2.0[N];中国商报;2009年
6 ;铌微合金化汽车板[N];世界金属导报;2006年
7 吴俊琦;宁波民企造出油电混合动力客车[N];宁波日报;2007年
8 锻冶;兰博基尼Estoque四门跑车[N];经理日报;2008年
9 本版撰文 记者 詹念柏;精品家轿典范[N];民营经济报;2006年
10 王莹;绿色舒适安全“植入”安徽安凯[N];国际商报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马铁利;汽车车身光顺曲面模型创建与评价方法研究[D];吉林大学;2004年
2 付文宇;基于逆向工程的动脉瘤及支架的数值模拟研究[D];北京工业大学;2010年
3 刘含波;基于散乱点云数据的隐式曲面重建研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
4 杨雪荣;CMM与线结构光视觉传感器集成的逆向工程系统关键技术研究[D];广东工业大学;2013年
5 洪荣晶;客车车身数字化设计平台关键技术研究[D];东南大学;2006年
6 王晓波;冠、桥及全口钛基托的激光立体成形制备研究[D];第四军医大学;2005年
7 严庆光;面向多点成形的逆向工程关键技术及应用研究[D];吉林大学;2005年
8 卢科青;逆向工程中多传感器集成的自由曲面数字化测量及其数据预处理方法研究[D];浙江大学;2010年
9 吴世雄;逆向工程中多传感器集成的智能化测量研究[D];浙江大学;2005年
10 应洪亮;膝关节软骨组织工程支架模型定制化设计与快速制造[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李红;基于逆向工程的拖拉机造型方法研究[D];河南科技大学;2011年
2 杜佶;径向基函数在逆向工程中的应用研究[D];南京航空航天大学;2005年
3 曾华明;逆向工程中的曲面重构技术研究[D];重庆大学;2004年
4 黎波;面向再设计的逆向工程CAD建模技术研究[D];广东工业大学;2011年
5 张俊杰;逆向工程中连续扫描测头的迭代数字化策略[D];天津大学;2004年
6 刘文祥;基于逆向工程的现代车身设计方法的研究和应用[D];中国农业大学;2005年
7 田稷;逆向工程CAD软件基本构架的研究与开发[D];新疆大学;2004年
8 钱锦锋;逆向工程中的点云处理[D];浙江大学;2005年
9 谢斌;逆向工程在汽车覆盖件成形技术上的应用[D];合肥工业大学;2005年
10 李文锦;Java程序中设计模式的抽取方法[D];吉林大学;2005年
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