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基于点的几何模型及其CAD/CAM应用研究

陈建良  
【摘要】:CAD/CAM技术的发展,大大加速了产品的设计制造进程,是提升制造业竞争力的根本方式。几何模型是CAD/CAM应用的核心和基础,线框模型、曲面模型和实体模型作为CAD/CAM系统中的常规模型,得到了成熟而广泛的应用,满足了大量产品的应用需求。但仍存在一些具有复杂外形的产品,在应用CAD/CAM技术进行具体的产品设计制造时,很难用常规的几何模型表示,或是即使能用常规几何模型表示,也难以进行后续的设计修改和数控编程操作。 随着测量技术的发展,高效高精度地获取物体表面数据成为可能,物体表面点集成为逆向工程应用的前提,点作为描述几何的基本体素,是曲线曲面表达和应用的基础,同时,由点集表示物体几何在计算机图形学领域兴起了研究热潮并得到日益广泛的应用。基于点的几何模型,简称点模型,以物体表面数据点集表示产品几何,并通过对点集的直接操作实现CAD/CAM功能,有常规几何模型所没有的特性,可以应用于CAD/CAM,完成某些产品的高效设计制造。 鞋楦是制鞋的模具,传统的鞋楦生产方式严重制约了我国鞋业的发展,将CAD/CAM技术引入鞋楦的设计与制造,是变革我国制楦业的根本方式。如何有效的表示鞋楦几何,并在此基础上开发适用的设计修改和数控编程功能,是实现鞋楦CAD/CAM的关键。 本文从CAD/CAM应用角度,以基于点的几何模型作为研究对象,对其相关理论、技术与应用进行了系统研究,并在以下方面取得了创新性成果: 1.根据当前CAD/CAM技术和数据测量技术的发展现状和趋势,结合基于点的几何模型在计算机图形学中的研究与应用,首次提出了应用于CAD/CAM的基于点的几何模型。给出了基于点的几何模型的定义及其CAD/CAM应用流程,分析了模型初始数据的获取方式,研究了模型精度的评价方法,根据点模型的结构特征和后续应用特点,将点模型分为非规则化点模型和规则化点模型,分别研究了模型固有的数据结构、几何属性的计算和点的插入与精简等方法。 2.给出了适用于点模型的平移、旋转、比例、等距等几何变换操作;通过变形区域和变形函数思想,实现了点模型的局部修改功能;通过生成点模型八叉树,进而进行空单元模型内外部区分和边界单元模型内外部计算,实现点模型的CSG功能;通过设置过渡区域实现点模型的组合设计。这些CAD方法是点模型应用于CAD/CAM的必要基础。


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