收藏本站
《南昌大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

面向光栅投影的点云预处理与曲面重构技术研究

孟凡文  
【摘要】:面向光栅投影的点云预处理与曲面重构是以光栅扫描作为测量手段,以实物、样件等作为研究对象,对三维数据采集、点云数据预处理、曲面重构、快速制造等内容进行研究。该研究是实现产品快速开发和制造的重要技术之一,在汽车、摩托车、飞机、家电、模具、工艺品、服装与医学领域的原型与创新设计方面具有广阔的应用前景。 研究了光栅投影位相测量的相关理论。分析了光栅投影三维测量的相位调制原理,建立了物体高度与光栅相位之间的对应关系。比较了一维傅里叶变换和二维傅里叶变换相位解调效果,结果表明二维傅里叶变换能更精确反映物体表面任何方向上的变化。分析了相移法相位解调的原理,采用四步相移法求解光栅相位,并建立了变形光栅相位的求解公式。研究了包裹相位产生的原因以及对三维面型测量的影响,采用最小差分算法进行相位去包裹处理,实现了真实相值相位连续。 研究了点云数据预处理中的点云配准与精简技术。在点云手动拼接中,提出了继承与优化算法,经过迭代25次可获取配准所需的旋转矩阵和平移向量,实现了无序点云拼接,拼接误差为0.10mm,相比最邻近点迭代算法,具有拼接偏差小和迭代次数少等优点。在点云数据自动拼接中,通过Gauss-Markoff模型减小曲面间的欧氏距离平方和,采用最小二乘原理对重叠区域进行匹配,实现了无需标志点的点云自动拼接。在点云精简技术中,根据物体形貌及点云曲率采用不同的网格尺寸,并通过中值滤波删减冗余点云数据,既能继承均匀网格法速度快且有效的优点,又能保留物体细节信息。 研究了无序点云三角剖分、四边域剖分和NURBS曲面重建。采用基于法矢量夹角最小原则的三角形生长法对空间离散点直接剖分,它首先根据阈值范围规定扩展边的点集,然后寻找构成三角形逆时针排列的第三点,最后用局部优化准则三角网格进行优化。根据三角形质量计算四边形变形因子进行最大权匹配,实现了四边域的划分。通过对物体三维点云进行三角剖分、曲率检测、构造轮廓线、四边域剖分、建立UV参数线和曲面拟合,最终生成NURBS曲面。 研究了曲面-点云误差和曲面光顺特性及其影响因素,提出了提高曲面品质的方法。控制点数目影响最终的曲面重构精度,对于百万点云数量,100个四边域剖分区域,选用60-80个控制点进行曲面拟合比较适宜。分析了曲面阶次、节点数和光顺系数对曲面-点云误差的影响,对于6082个点云数据,采用曲面阶次为4×4,节点数为5×5,光顺系数为0.7000进行拟合时,曲面-点云最大偏差仅为0.0408mm。在满足曲面-点云误差情况下,采用减少冗余控制点以及动态调整控制点空间位置的方法提高曲面光顺性。 研究了人体面部三维数据检测、曲面重建和快速成形加工。通过双光栅三维扫描仪将正弦光栅投射到人体面部,将被面部调制的变形光栅转换成两片分立点云。点云经自动拼接处理后,采用三角剖分和曲面拟合生成三角面片。通过消除孔洞边界杂乱三角形,并对面部孔洞进行填充、消差和平滑处理获得光滑封闭面片。经过四边形网格剖分和曲面拟合等处理,生成面部NURBS曲面。最终将逆向过程生成的STL文件导入到快速成形设备加工人体面部曲面,实现逆向工程整个流程。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 潘伟,赵毅,阮雪榆;反向工程中测量点云配准的新方法[J];模具技术;2003年04期
2 王玲,金葵;应用反求工程进行产品设计的实践[J];煤矿机械;2004年04期
3 胡世杰;;逆向工程技术在汽车工业模具设计中的应用[J];工具技术;2011年05期
4 陈罡,吴菁,马子余;反求工程在汽车覆盖件模具设计中的应用研究[J];机械研究与应用;2004年01期
5 钟俊坚;;反求工程中的数据加工处理[J];南方冶金学院学报;2005年06期
6 王磊,邢渊;反向工程中数据点云的拼合[J];模具技术;2004年01期
7 周士侃,娄臻亮,舒世湘;基于Atos&Tritop的点云采集方法[J];模具技术;2004年02期
8 张剑秋,张福炎,李敏;用地震解释结果重构地质界面或地质体[J];石油物探;1999年01期
9 唐炳涛,赵震,栾贻国,阮雪榆;OpenGL在反求工程曲面重构中的应用[J];锻压技术;2004年06期
10 张学昌,李继光;基于CAD模型引导的复杂曲面与测量点云配准[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2005年02期
11 杨家富;王冰;杨继全;;基于逆向工程技术的产品设计开发[J];林业机械与木工设备;2007年12期
12 杜万里;张祖治;贾爽;毛明;;展成法加工的弧齿锥齿轮仿切几何建模方法(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2010年03期
13 李勇;张玉新;王建升;;米奇玩具头像的曲面重构技术与应用[J];模具工业;2011年04期
14 洪玫;鞋楦曲面重构[J];现代机械;2005年01期
15 陈罡 ,康剑莉;基于Pro/E的汽车覆盖件模具反求[J];模具制造;2003年06期
16 罗小发;;模具CAD/CAM曲面重构技术研究[J];世界制造技术与装备市场;2006年02期
17 赵丹阳;王敏杰;宋满仓;刘志明;于庆安;;基于曲面重构的塑料异型材挤出模具制造技术[J];农业机械学报;2006年07期
18 郑鑫;李强;;数控加工叶轮自由曲面重构的数值算法[J];机械;2007年S1期
19 王彦英,高慧勤,王兴茹;用SFS法进行三维表面重建的分析和实现[J];辽宁工程技术大学学报;2005年01期
20 俞芙芳;罗长浩;;应用Geomagic实现鞋楦的NURBS重构[J];福建工程学院学报;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张舒;谢艾伶;白志辉;王响雷;;三维激光扫描点云粗差剔除方法研究[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
2 李凯;张爱武;;基于激光点云的粮仓储粮数量测量方法[A];第二届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2010年
3 江倩殷;刘忠途;李熙莹;;一种有效的点云精简算法[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年
4 李文涛;韦群;杨海龙;;基于图像的点云生成和预处理[A];2011年全国通信安全学术会议论文集[C];2011年
5 陈伟;曹春香;张颢;徐敏;何祺胜;高孟绪;赵坚;郑盛;田蓉;;基于地基LiDAR的毛乌素沙地灌木高度提取[A];遥感定量反演算法研讨会摘要集[C];2010年
6 吴永华;胡以华;顾有林;王恩宏;;激光点云分类算法的探讨与展望[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(上册)[C];2010年
7 朱晓强;李琳;余烨;刘晓平;;基于LiDAR点云的城市地面提取[A];全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(下册)[C];2009年
8 赵福生;胡静波;;基于距离-梯度的LIDAR点云简化算法研究[A];中国测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
9 牛雪娟;刘景泰;孙雷;;基于小波变换的栅格点云多分辨率分析[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 马正元;杜丽敏;靳国旺;;基于反求工程的自由曲面建模[A];全国第13届计算机辅助设计与图形学(CAD/CG)学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 商报记者 张绪旺;盘点云计算:概念众多 能力存疑[N];北京商报;2011年
2 本报记者 杨静;私企的天空有点云[N];山西经济日报;2001年
3 VAR记者 张林才 郭宏远 彭敏;点云成金[N];电脑商报;2011年
4 董占锁 蔡贵农;晚霞映红一片天[N];山西日报;2004年
5 本报记者 罗安宇 王丹丹;重点云岩区南明区金阳新区[N];贵阳日报;2007年
6 记者  张亮;微软推出图片虚拟新软件[N];科技日报;2006年
7 秦始皇兵马俑博物馆 赵昆;三维数字建模技术在考古遗址中的应用及前景展望[N];中国文物报;2006年
8 吴江南;超越,乘着科技的春风[N];检察日报;2003年
9 北京建筑工程学院 吴志群 云冈石窟研究院 宁波;三维激光扫描技术在古建保护修复中的应用[N];中国文物报;2009年
10 记者 张芹 通讯员 宋斌华 董杰;市领导到联系点调研指导工作[N];连云港日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孟凡文;面向光栅投影的点云预处理与曲面重构技术研究[D];南昌大学;2010年
2 金龙存;3D点云复杂曲面重构关键算法研究[D];上海大学;2012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 喻亮;基于车载激光扫描数据的地物分类和快速建模技术研究[D];武汉大学;2011年
5 李宝;三维点云的鲁棒处理技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
6 刘峰;基于机载LiDAR数据林木识别与重建[D];中南大学;2012年
7 左志权;顾及点云类别属性与地形结构特征的机载LiDAR数据滤波方法[D];武汉大学;2011年
8 薛耀红;点云数据配准及曲面细分技术研究[D];吉林大学;2010年
9 迟静;基于动态点云的三维人脸表情跟踪问题研究[D];山东大学;2012年
10 章大勇;激光雷达/惯性组合导航系统的一致性与最优估计问题研究[D];国防科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾华明;逆向工程中的曲面重构技术研究[D];重庆大学;2004年
2 郭扬;基于三维激光测量系统的点云拼接理论与试验研究[D];上海交通大学;2012年
3 张亚军;反向工程中曲面重构与简化问题研究[D];大连理工大学;2004年
4 王辅辅;义齿三维点云数据的精简及曲面重构的研究及应用[D];郑州大学;2011年
5 李中海;反求工程中拟合曲面连续性的研究[D];沈阳工业大学;2005年
6 李兰兰;基于近邻传播聚类的点云简化研究[D];浙江工业大学;2010年
7 刘焕彬;点云管道曲面重构[D];杭州电子科技大学;2011年
8 王二柱;基于点云的三维重建系统研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 马国庆;点云曲线曲面的微分信息估计及其应用[D];中国科学技术大学;2010年
10 滕志远;大数据量机载激光点云快速浏览技术研究[D];首都师范大学;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978