基于散亂點云數(shù)據(jù)的曲面重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著坐標(biāo)測量設(shè)備的發(fā)展，人們能夠方便地獲得實物樣件大量的散亂點云數(shù)據(jù)，促進了逆向工程技術(shù)的發(fā)展，并在制造業(yè)廣泛應(yīng)用。然而，在逆向工程建模技術(shù)的研究與應(yīng)用中，多數(shù)是將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三角網(wǎng)格模型，然后在三角網(wǎng)格基礎(chǔ)上進行數(shù)據(jù)處理與模型重建。由于在將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三角網(wǎng)格模型時信息量成倍增加，且后續(xù)處理對網(wǎng)格質(zhì)量要求較高，因而，研究直接以散亂點云數(shù)據(jù)為對象的數(shù)據(jù)處理與曲面重建技術(shù)，對提高逆向工程中測量數(shù)據(jù)的處理能力和建模效率具有重要意義。

2、 本文直接以測量獲得的散亂點云數(shù)據(jù)為對象，研究了點云數(shù)據(jù)的幾何特性計算、平滑處理、孔洞修補、數(shù)據(jù)簡化等，在此基礎(chǔ)上，進一步研究了點云數(shù)據(jù)分塊、四邊界區(qū)域劃分及曲面擬合。取得的研究成果如下： 提出了一種基于法向距離的法矢全局協(xié)調(diào)算法。該算法采用微切平面法計算散亂點的法矢，然后根據(jù)法向距離閾值，把點云數(shù)據(jù)劃分為平坦點和非平坦點，在法矢調(diào)整時采用傳播的思想，根據(jù)鄰近子集是否含有非平坦點選擇不同的調(diào)整順序，大大提高了法矢方向調(diào)整的效

3、率，并用三次最近距離法解決了傳播過程中可能出現(xiàn)的死鎖問題。在法矢估算的基礎(chǔ)上，提出了一種基于測量點法矢修正的散亂點云數(shù)據(jù)平滑處理方法，該方法通過對特征區(qū)域和非特征區(qū)域采用不同的法矢修正策略，使平滑后的點云既達到了非常光滑的效果，又保持了點云的形狀和特征，甚至修正不理想特征。 提出了基于歐幾里德距離的局部二次參數(shù)曲面擬合來估算散亂點云曲率的算法，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于曲率約束極值點密度的散亂點云數(shù)據(jù)簡化方法。該方法通過標(biāo)記出曲率

4、極值點，根據(jù)給定的簡化比率計算曲率閾值，得到曲率約束極值點，根據(jù)測量點的k-鄰近所包含的約束極值點的密度，計算出點之間的簡化距離閾值并對點云進行刪減。實例表明，本文算法的簡化結(jié)果既較好地保留了形狀特征，同時使點的分布以點云密集的強制保留區(qū)為中心，在向附近擴散的過程中逐漸變稀，避免簡化后點云的局部過密或局部過稀的情況。 提出了一種基于移動最小二乘法的點云數(shù)據(jù)中非封閉無特征孔洞和非封閉特征孔洞修補算法。該算法用三次B樣條曲線修復(fù)點云

5、模型邊界及特征線，將非封閉無特征孔洞轉(zhuǎn)化為封閉無特征孔洞，非封閉特征孔洞轉(zhuǎn)化為若干個封閉無特征孔洞。然后應(yīng)用移動最小二乘法建立孔洞區(qū)域的隱式曲面方程，在對投影孔洞進行重新采樣后，把新生成的點映射到曲面上，使得最終修補的孔洞曲面同其周圍曲面保持良好的幾何一致性。實例證明該算法具有較好的修補效果，適合對點云中任何部位出現(xiàn)的孔洞進行修補。 提出了一種基于特征的數(shù)據(jù)分塊方法。該方法采用粗略分塊與精確分塊相結(jié)合的策略，首先在分析曲面邊界區(qū)

6、域微分幾何特性的基礎(chǔ)上，運用曲率極值法提取出特征點，基于由高斯曲率和平均曲率的記號得到的八種曲面類型，完成對散亂點云的粗略分塊。最后，采用基于特征點約束的區(qū)域生長法完成精確分塊。實例表明，分塊結(jié)果符合零件的特征結(jié)構(gòu)。 基于比較理想的數(shù)據(jù)分塊結(jié)果，本文實現(xiàn)了一種交互的操作方法，使用戶方便地將點云數(shù)據(jù)的分塊區(qū)域生成四邊界區(qū)域，且獲取了塊的四邊界與其所包圍的測點之間的關(guān)聯(lián)信息。在劃分好的四邊界區(qū)域的基礎(chǔ)上，采用基面投影方法實現(xiàn)散亂數(shù)據(jù)