基于特征點(diǎn)的離散建模偏置技術(shù)研究.pdf

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1、2012年5月中國(guó)制造業(yè)信息化第41卷第9期基于特征點(diǎn)的離散建模偏置技術(shù)研究趙巍，戴寧(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京210016)摘要：針對(duì)三角網(wǎng)格模型偏置過(guò)程中出現(xiàn)的自交和斷裂等問(wèn)題，提出了一種基于特征點(diǎn)的離散建模偏置方法。對(duì)網(wǎng)格模型頂點(diǎn)進(jìn)行幾何特征分類(lèi)，并討論了不同類(lèi)型頂點(diǎn)的偏置規(guī)則。根據(jù)定義的頂點(diǎn)類(lèi)型、法矢信息及給定距離，生成偏置點(diǎn)集。通過(guò)基于體素表示的條柄檢驗(yàn)方法，濾除偏置點(diǎn)集中的內(nèi)部點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)自交處理。結(jié)果表明，生成的模型網(wǎng)格比較均勻，質(zhì)量較高，在一定范圍內(nèi)能夠滿(mǎn)足偏置模型的自交處理要求。關(guān)鍵詞：偏置；特征點(diǎn)；三角網(wǎng)格模型；離散建模中圖分類(lèi)號(hào)：

2、TP391．72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—1616【2012)09—0038一O5偏置技術(shù)作為當(dāng)下計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)曲面的偏置方法。紐葉新等[]根據(jù)模型采樣點(diǎn)及(ComputerAidedGeometricDesign，CAGD)研究領(lǐng)其單位法矢構(gòu)建隱式曲面，將初始模型頂點(diǎn)投影到域的熱點(diǎn)之一，在幾何建模及各種CAD／CAM應(yīng)偏置的隱式曲面后獲得投影點(diǎn)，根據(jù)先前拓?fù)潢P(guān)系用中發(fā)揮了重要作用。偏置技術(shù)在數(shù)控加工過(guò)程建立偏置模型，該方法在一定范圍內(nèi)解決了較大偏中的形位公差分析、刀具軌跡計(jì)算、碰撞檢測(cè)、快速置距離自交問(wèn)題，但當(dāng)偏置距離相對(duì)于模型最小曲原型制造、

3、機(jī)器人路徑規(guī)劃、三維模型的圓角和倒率半徑變得很大時(shí)，仍會(huì)出現(xiàn)自交。角、薄片實(shí)體幾何造型等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種基于特征點(diǎn)的近年來(lái)，隨著三維測(cè)量、逆向建模技術(shù)的飛躍偏置方法。該方法適用于離散建模，主要思路是通發(fā)展，三角網(wǎng)格模型因其快速靈活、拓?fù)溥m應(yīng)能力過(guò)對(duì)三角網(wǎng)格模型進(jìn)行特征探測(cè)，根據(jù)特征類(lèi)型分強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為目前最流行的三維模型通用表示形類(lèi)定義頂點(diǎn)，基于特征點(diǎn)及法矢信息構(gòu)建偏置點(diǎn)式。與連續(xù)模型相比，離散網(wǎng)格模型的偏置技術(shù)相集，并采用體素表示方法完成自交處理，構(gòu)建最終關(guān)研究相對(duì)較少。現(xiàn)有方法主要可以分為以下幾偏置模型。類(lèi)：(1)基于面的偏置方

4、法。Jun等_lJ根據(jù)面片法矢方向偏移單個(gè)三角片，偏置后產(chǎn)生的斷裂和自交1基于特征點(diǎn)的離散建模偏置方法需結(jié)合延伸或裁減等后續(xù)操作，構(gòu)建閉合模型，這1．1離散模型偏置定義種方法只適用于特定的領(lǐng)域且運(yùn)算量巨大。(2)基連續(xù)模型的偏置運(yùn)算是E或E空間里的2于點(diǎn)的偏置方法。為避免偏置斷裂和自交，Qu個(gè)正則閉子集的閔可夫斯基和與差的特例_5似等_2J提出了基于頂點(diǎn)的偏置方法，將模型的所有設(shè)存在一半徑為r的球體b，，如圖1所示，對(duì)于連頂點(diǎn)按法矢方向偏移來(lái)生成偏置模型，這種方法只續(xù)模型S可定義2種偏置運(yùn)算如下：能生成小偏置距離的模型，對(duì)于大偏移量會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的模型干涉的問(wèn)題

5、。(3)基于點(diǎn)的多向量等距方法。Kim等J利用網(wǎng)格頂點(diǎn)上的多向量來(lái)實(shí)現(xiàn)精確偏置，頂點(diǎn)上的向量由與之相連的面的法向確定。當(dāng)頂點(diǎn)處光滑時(shí)，該處只有一個(gè)法向，否則有一簟b多個(gè)法向。該方法會(huì)產(chǎn)生自交，但是對(duì)產(chǎn)生的自交未作處理，因此尚需進(jìn)一步的研究。(4)基于隱式圖1連續(xù)模型的偏置運(yùn)算收稿日期：201202—15基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2【l(】9BAI81Bo2)；江蘇省衛(wèi)生廳醫(yī)學(xué)科研項(xiàng)目(}01034)；江蘇省“六大人才高峰”項(xiàng)目(2010一wS081)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(NS2012010)；江蘇省電子商務(wù)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題作者簡(jiǎn)介：趙巍(

6、1987)，女，遼寧鐵嶺人，南京航空航天大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)制造?！がF(xiàn)代設(shè)計(jì)與先進(jìn)制造技術(shù)·趙巍戴寧基于特征點(diǎn)的離散建模偏置技術(shù)研究39S十r=S④b(1)果應(yīng)該是比較均勻的流形網(wǎng)格。然后根據(jù)模型特S=So6，(2)征，對(duì)網(wǎng)格頂點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)定義，再根據(jù)特征類(lèi)型生根據(jù)閔可夫斯基和與差運(yùn)算的定義，有成偏置點(diǎn)集。最后濾除內(nèi)部點(diǎn)，生成偏置模型。C：A④B={a+bla∈A，b∈B}(3)C=AB=A0B(4)2偏置點(diǎn)集生成對(duì)于離散模型，引入一種基于相應(yīng)連續(xù)模型的2．1頂點(diǎn)特征定義采樣運(yùn)算，這樣偏置的定義就可由連續(xù)曲面拓展到如前所述，三角網(wǎng)格模型可以

7、看作實(shí)體模型的離散點(diǎn)集中。當(dāng)偏置距離r>0時(shí)，運(yùn)算需添加S采樣運(yùn)算。網(wǎng)格頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的實(shí)體幾何特征可分為：邊界外距離不大于r的所有點(diǎn)；r<0時(shí)，則需添加點(diǎn)特征、邊特征、面特征。頂點(diǎn)特征定義的過(guò)程實(shí)S邊界內(nèi)距離不大于r的所有點(diǎn)。規(guī)則正偏置的際上也是對(duì)網(wǎng)格模型進(jìn)行了特征區(qū)域劃分。定義初始化網(wǎng)格模型所有頂點(diǎn)為面特征頂點(diǎn)，此時(shí)S十r={P：d(P，S)≤r}(5)完整模型曲面可視為對(duì)應(yīng)實(shí)體的單個(gè)面特征。對(duì)式中d(p，S)=inff}P—gf}，其中inf表示q∈，于模型的邊特征，采用半自動(dòng)特征線(xiàn)提取方法完成S時(shí)的下確界。由此，如果P在S外，那么最近點(diǎn)口對(duì)應(yīng)邊特征的頂點(diǎn)識(shí)

8、別。首先計(jì)算網(wǎng)格頂點(diǎn)的微位于S的拓?fù)溥吔缟?。?duì)偏置后