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基于线几何的曲面特征提取技术研究与实现

杨平海  
【摘要】:逆向工程是根据已有物理模型的测量数据来重建其数字化模型的过程,目前该技 术已成为快速产品开发的四大支撑技术之一。本文在对国内外关于逆向工程技术中几 何建模研究现状及发展进行综述的基础上,针对传统几何建模的缺陷论述了作者在逆 向工程中几何模型重建技术上的研究成果。 本文提出和发展了逆向工程集成建模的概念和实现方法。对集成建模的两个关键 技术——参数还原和特征技术,进行了系统研究。建立了参数还原的概念、定义、理 论框架和完整的参数体系;研究了逆向工程中特征技术的一些基本理论,包括特征的 定义、分类和表达等,为曲面特征提取奠定了理论基础。 深入探讨了四种简单曲面特征和两种特殊曲面特征的特征提取和曲面重构问题。 利用螺旋运动理论和线几何理论,实现了对简单曲面自由运动的判定算法,并进一步 的实现了平面、球面、圆柱面和圆锥面这四种简单曲面的特征识别和自动重构;利用 线几何理论和移动最小二乘法,实现了旋转曲面和管道曲面这两类特殊曲面的特征识 别和自动重构新算法。 针对直纹面在工程中的广泛应用,利用线几何研究了六种特殊直纹面的 Klein 像 特性,在此基础上提出了实现这几类特殊直纹面特征提取的新方法,此方法可以用来 以特殊直纹面逼近一般直纹面甚至一般曲面。该算法根据从曲面中提取的母线和法线 线矢量的 Klein 像性质,实现了六种特殊直纹面特征的识别与重构,这六种直纹面包 括:平面、圆柱面、圆锥面、单叶双曲面、双曲抛物面和螺旋面。 针对通用 CAD/CAE/CAM 系统和专业逆向工程软件在进行产品反向设计时存在 的缺陷,本文设计和实现了逆向工程系统 MIMDFM 的开放式层次结构和基本功能。 MIMDFM 系统包括 4 个层次:算法支撑层、几何对象层、场景节点层和绘制交互层; 本文提出的有关曲面特征提取和逼近的核心算法都已成功应用于逆向工程系统 MIMDFM 中。


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