基于特征的反求建模策略-副本

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1、基于特征的反求建模策略YinglingKe,ShuqianFan,WeidongZhu,AnLi,FengshanLiu,XiquanShiDepartmentofMechanicalEngineering,ZhejiangUniversity,Hanzhou310027,ChinaDepartmentofMathematics,DelawareStateUniversity,DE19901,USAReceived27March2005;accepted25December2005摘要：針對不使用三角形而實現從點云到表面的工

2、業(yè)部件建模，我們提出了兩種整合的解決方案，即基于截面特征的方案和基于表面特征的方案。對于基于截面特征的方案，我們引入了切片，曲線特征識別和帶約束的配合。這種方案著重于逆向工程中的先進的二維到三維的特征構建模式?；诒砻嫣卣鞯姆桨竸t依賴于微分幾何屬性的估算和多種特征提取技術，因而這種方案建議使用一下一些算法和方法諸如基于4DShepard曲面的屬性估計、對稱面提取、二次曲面的識別和優(yōu)化、擠壓的和旋轉面的提取、綜合概率論和數理統(tǒng)計和特性提取。這種可靠的三維特征準確無誤地行成了B-rep模型的有效基礎。所有的算法都通過RE-SOF

3、T來運行，這是一個由浙江大學開發(fā)的逆向工程軟件。上述所提出的方案能夠用來準確地發(fā)掘出最初的設計目的并且能夠方便的完成反求建模。我們將采用典型的工業(yè)部件來驗證基于特征的解決方案的有效性。介紹：從實物中得到設計最初的構想和CAD重建模型在產品改進和在生產以及質量控制中占有重要地位【1】。逆向工程—作為最受歡迎的方法，它能夠將一般以點集位置和它們的微分幾何屬性代表的低水平的幾何信息轉化為高水平的信息，這種高水平的信息包括設計方法，功能原理，工程約束和美學評價等等。作為聯系低水平信息到高級的設計構想間的紐帶，特征通常為幾何外形，拓撲

4、表述以及它們在反求建模過程中的演化。隨著基于特征的表述的引入，出現了兩種主要的重建模方法：邊界表述（B-rep）方法【2】和特征模板方法【3,4】。理論上，如果所有主要的特征能夠通過點來識別并且一些小的特征在某種程度上允許被忽略，B-rep方法能夠形成準確的并且拓撲連續(xù)的模型。盡管這種方法在自然表面上的固有特征語義和拓撲信息表述上具有很大的優(yōu)勢，但是它很難做到與復雜的任意形式表面特征整合到一起。在這種表面上特征語義通過一系列的幾何圖元和從點集中提取的約束來定義。特征模板方法根據應用情況來處理特定的幾何圖元，例如衣服設計中服裝

5、模特的特征和機械工程中的生產制造特征。因此，特征模板法不能直接針對一般工業(yè)產品歸結到反求設計中?，F有的商業(yè)反求工程系統(tǒng)，諸如CopyCAD,Geomagic系列，Imageware和RE-SOFT已經根據傳統(tǒng)工業(yè)產品的可靠的技術方案為它們提供了不同的反求建模解決方法【5】。然而，由于特征表述的缺乏，所得到的拓撲CAD模型通常是不準確和不連續(xù)的。最終的結果是，所得的模型很難代表產品最初的設計構想而且也很難有效地修改最終的模型參數。從功能設計的角度來看，來自點云而沒有特征表述的最終的反求工程模型可能無法證實最初的流體動力學特性。

6、我們通過特征語義表述將基于特征的解決方案整合到RE-SOFT系統(tǒng)中。最終我們的方案可以處理不同特征的表面類型從而還原了暗含在物理原型中的設計信息。不同的解決方案適用不同的表面類型和不同的代表初始設計理念的特征參數。在反求建模過程中存在兩種基本的解決方案，基于片段曲線特征的方案和基于表面特征的方案。在第一種解決方案中，由有序的點代表的部分曲線是通過片切點云【6】構造的。接著特征基元諸如線段，圓弧角度，B-spline以及內部約束可以通過這些有序的點來識別。通過優(yōu)化施加于約束上的單一的或者多個原始參數來產生參數特征曲線【7】。最

7、終，表面特征通過掃描的方法進行模擬。另一種解決方案則估計了點云的微分幾何屬性。然后表面特征基元和幾何規(guī)律諸如二次曲線，擠壓的和旋轉的表面，混合，對稱性以及陣列可以通過使用點云和它的微分幾何信息【8-11】提取出。通過整體地優(yōu)化施加于工程約束的特征原始參數來構建最終的表面模型。圖1顯示了RE-SOFT中反求建模的基本解決方法，它們都分別用矩形圈起。以上所提到的方法在實際應用中經?；ハ嘟徊媸褂茫鐖D1中的虛線所描述的那樣。我們的反求工程系統(tǒng)直接使用點云而不是三角形網格作為幾何圖形的基礎構造。整合在我們的方案中的主要算法和方法主要

8、有：●除了解析幾何外，自由形態(tài)的曲線和表面也包含在我們的受約束配合過程中●使用4DShepard表面代替原先數千個局部表面片段來估計微分幾何屬性●使用了一種基于數據配準技術的對稱面提取算法●通過使用點云的主方向高斯圖像得到一種提取壓縮和旋轉面的方法●探討了一種應用于綜合性提取的探索性方法，