基于散乱数据的飞机外形曲面重构

针对基于散乱数据的飞机外形曲面重构问题,在拟合曲面节点矢量的确定方法和数据点在曲面上投影点的计算方法两个方面对已有的曲面拟合算法进行了改进,提高了曲面拟合的精度和效率,并给出了应用实例。     

复杂曲面零件散乱点云特征点提取

复杂曲面零件的几何特征提取对加工质量的检测及逆向重构具有重要意义。提出了一种复杂曲面零件散乱点云特征点提取方法。首先,提出了基于高斯权重的邻域主成分分析的方法,通过估计每一点邻域的局部变化程度对点云模型进行初始标记;然后,采用基于标记的自动识别法实现特征点的提取;最后,通过特征点聚类的方式去除了特征点集中的异常点,完善了提取的点云特征。该方法直接操作于散乱点云,无需任何的拓扑连接信息。试验结果表明:该方法简单、有效,不需要过多地人为调节参数,特征点提取完整。     

散乱点曲面测量造型技术及其在飞机曲面工装模具设计与制造中的应用研究

 分析研究了利用坐标测量机进行曲面模具数控测量的有关理论和方法。提出了一种基于测量规划、散乱点三角划分和采用Ｂｅｚｉｅｒ三角形插值曲面重建曲面模具实物数学模型的方法。目前，这种重建实物数学模型的方法已经在复杂曲面模具散乱点测量、几何造型和数控加工系统３ＭＳ中得到了应用，较好地解决了航空、航天及汽车工业中一类构型十分复杂、形状和边界极不规则曲面产品的设计与制造     

满足约束的Gn连续过渡曲面的构造

在Erich Hartmann提出的由两基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面方法的基础上，针对该方法存在很难找到合适的参数变换的问题，提出了一种基于基曲面局部区域重新参数化构造G^n连续过渡曲面的方法。通过对基曲面上切触线附近区域部分曲面重新参数化，再由重新参数化局部基曲面线性组合构造G^n连续过渡曲面。这样将两基曲面间构造过渡曲面的问题转化为在重新参数化局部基曲面间构造过渡曲面。以构造G^1连续的翼身融合面为例，讨论了满足约束要求条件时G^2连续过渡面的构造方法。即先对基曲面上过渡切触线附近的局部区域进行重新参数化，后通过优化求解来确定比例因子和偏移量、平衡因子和调配因子，使过渡曲面满足前后边条线约束，最后利用线性组合来构造G^2连续的过渡面。约束过渡曲面的形状可通过改变重新参数化基曲面的大小来调整．     

三维密集散乱数据的B样条曲面重建研究

选取适当的初始基曲面,根据最小二乘原理,以点到初始基曲面的最小距离作为迭代依据,提出和实现了三维密集散乱数据的B样条曲面的拟合算法。     

参数曲面线投影的求交计算及其在复杂曲面产品点位测量中的应用

本文提出了一种新的参数曲面线投影求交计算方法。该方法基于参数域摄动原理，将求交问题转化为一系列筒单的参数摄动、映射、判断、比较等运算，能有效地解决参数曲面的线投影求交计算，并已在复杂曲面测量造型和数控加工质量分析中取得了良好的应用效果。     

基于曲面主方向的正交系的非完整基理论及其在流体力学中的相关应用

本文将微分几何中光滑曲面上局部存在的基于主方向的正交系联系于张量分析中的非完整基理论,以此为曲面与其邻域上的张量场场论提供了一种新方法,称为基于曲面主方向的正交系的非完整基理论。这种场论方法,基于基面的沿主方向的参数坐标,然后沿基面的法方向进行空间延拓,以此获得基面邻域内的完整的正交系。对此引入非完整基理论,可得所有的非零Christoffel符号直接对应为基面或者当地曲面的主曲率或者测地曲率,因而张量场的各种微分算子相对于曲面的主方向与法方向展开,所得分量表达式仅含物理量与曲面曲率。由此不仅可以清晰地展现曲面几何特征与物理量/物理过程之间的关系,而且所获得的分量表达式形式上最为简单。另一方面,经典的诸如柱坐标系、球坐标系等正交系也隶属基于曲面主方向的正交系,从而本文方法可以统一相关正交系下的张量场场论。作为应用,本文推导了可变形曲面上涡量、涡量法向梯度与变形率张量的表达式,曲面上流体边界层方程的分量方程,曲面介质相关守恒律方程等。     

拟合任意空间曲面的B3样条方法及其实现

在计算机辅助几何设计中,曲线,曲面拟合多彩多项式作为基函数,本文通过几种曲线,曲面生成算法分析,提出了一种Ｂ３样条的拟合方法。它具有Ｂ样条的主要优点,且通过所有型值点,这一方法适用于自由曲线,曲面的设计。本文还结合拱坝体形设计实例说明了用此方法进行造型设计的方法。     

基于辅助面的Gn连续过渡曲面的构造方法

 详细分析了采用线性组合方法构造Gⁿ连续过渡曲面时,基曲面以及重新参数化局部基曲面、调配因子和平衡因子等对过渡曲面的影响。提出基于辅助面的Gⁿ连续过渡曲面的构造方法,即设计人员可根据设计要求和设计预期,以过渡切触线为边界来构造一张辅助面,该曲面在形状上和过渡曲面很贴近,然后在两基曲面的过渡切触线附近构造较小区域的重新参数化局部基曲面,由辅助面和一张重新参数化局部基曲面线性组合构造一张中间过渡面,再由中间过渡面和另一张重新参数化局部基曲面线性组合构造Gⁿ连续过渡面,同时,选择较大值的平衡因子和调配因子λ₁,以及较小的调配因子λ₂,这样,所构造的过渡曲面和基曲面间Gⁿ连续,且形状上和辅助面非常贴近,从而达到弱化基曲面或重新参数化局部基曲面对过渡曲面的影响,以及强化设计人员设计意图的目的。     

基于图形制导的复杂曲面最佳匹配的一种算法

通过对自由曲面精度检测的研究,针对检测过程中出现的基准不重合现象,提出了一种基于图形制导的自由曲面最佳匹配分析算法。该算法首先利用参数曲面的几何不变性使匹配曲面达到较好的初始位置,然后根据随机或交互选取的数据点利用优化算法对曲面进行匹配计算。结果表明 :该算法可以有效地消除基准不重合误差,同时算法具有较好的抗发散性。这一算法已在反求工程 CAD系统 RE-SOFT中取得了很好的应用效果。     

基于散乱数据表面法矢的二次曲面拟合

 为了解决二次曲面拟合算法中因几何参数初值计算方法不精确而导致的求解效率低,甚至失败的问题,提出了基于表面法矢的二次曲面直接拟合算法。采用不同的模型对该方法与已有二次曲面拟合技术进行了性能对比测试与分析。在此基础上建立了二次曲面提取的方案,给出了散乱数据二次曲面提取的实例。实验与理论分析表明,文中方法可以精确求解二次曲面的几何参数的初值,从而提高了曲面拟合算法的性能,为逆向工程中的数据分割与特征提取提供了新的技术手段。     

拟合任意空间曲线曲面的三角函数法

在计算机辅助几何设计中，曲线曲面拟合一般多项式作为基函数。本文提出了一种基于三角函数的拟合方法，它具有B样条的主要优点，并达到C3级连续，因此，这一方面适用于自由曲线面的设计。本文还结合实例说明了用此方法进行造型设计技术。     

长边条翼身融合过渡曲面的构造方法

 针对飞航导弹长边条翼身融合过渡曲面的构造展开研究,为满足融合过渡曲面过渡线能够由设计人员确定和长边条面必须是等截面的直纹面等要求,综合应用基于局部重新参数化构造过渡曲面和基于物理的能量曲面造型构造过渡曲面方法,并结合导弹弹身曲面是等截面直纹面的特点,通过构造翼身融合面、长边条面和头锥面3张曲面拼接来构造G-1连续的长边条翼身融合过渡曲面。提出了预先构造中间辅助面和辅助基曲面的方法,通过辅助基曲面和弹翼面上重新参数化局部基曲面间线性组合来构造翼身融合面。通过使中间辅助过渡面的边界切矢与弹身的纵向切矢一致,来保证长边条面与翼身融合面间的G-1连续性。最后利用基于物理的能量曲面造型方法构造与弹身和长边条面G-1连续的头锥过渡面。     

飞机外形和结构件反求建模技术研究

 探讨了基于特征的飞机外形和结构件反求建模策略,并给出曲面特征和实体特征的定义,该方法支持具有完整特征表达的模型快速重建。提出了大规模散乱数据k近邻的空间球搜索算法,其逐步增大搜索范围的策略可有效提高搜索效率。研究了结构件与外形相关曲面特征的重建方法,当贴合面较窄、外形线接近于直线时,采用直纹面逼近,否则由蒙皮曲面等距间接求取。研究了基于工程约束的曲面形状修改算法,以B样条曲面需满足的点、线、面几何约束为目标约束,通过最小化形状修改前后差曲面的弯曲能得到精确满足目标约束的光滑曲面,推导了曲面弯曲能和曲线约束的表达式。最后,以飞机翼肋模型反求为例验证了所提方法的可行性。     

基于参数坐标的曲面网格生成方法研究

体网格的品质很大程度上依赖于其边界由西阿格的品质．基于参数坐标的曲面网格生成方法是生成曲面网格的最常用的方法。本文分析比较了两种有代表性的基于参数坐标的曲面网格生成方法；讨论了两种方法的优缺点而适用范围；同时，介绍了在CAEGrid网格生成系统中采用的一种通用的曲面网格生成策略．     

一种NC加工中无干涉刀具轨迹的生成算法

提出了用投影方法来生成ＮＣ加工刀具轨迹的算法,并完成刀具干涉的检查。通过对参数曲面的三角离散化及刀具向加工曲面的投影,把确定刀具位置的问题转化为一个简单的确定到三角片集合位置的问题。     

一种直接基于三维CAD模型的复杂曲面轮廓度误差评定方法

面向数字化检测环境,提出了一种基于三维模型的曲面轮廓度误差评定方法。该方法首先在理论模型所处的CAD环境中创建测点特征,再直接求点到三维模型上理论曲面的距离,最后通过单纯形法对复杂曲面轮廓度误差进行评定。最后通过计算实例验证了该方法的有效性。     

开孔曲面自动铺放轨迹规划算法研究

为解决开孔曲面自动铺放轨迹规划问题,提出在前处理中将孔边界内外的曲面接合成完整曲面的方法,采用STL文件提取网格化曲面信息并重构开孔曲面拓扑,按照设定算法获得“连续”的铺放轨迹后,再按孔边对轨迹点进行信息整理得到后置处理所需的最终铺放轨迹点信息.研究了迭代法和投影法在轨迹线与孔边界交点的求取方法,综合比较2种算法的效率和精度后,发现投影法更适于开孔曲面的轨迹规划.根据上述算法,编写了基于VC++ 6.0平台的轨迹规划程序,以整体复合材料前机身为例进行算法验证,证明了提出的开孔曲面自动铺放轨迹规划算法的合理性和正确性.     

一种用NURBS表示的过渡曲面的生成方法

讨论在两参数曲面上生成显式定义的参数过渡曲面问题。提出了一种围绕两曲面的交线,采用参数化平面与曲面之一的等距面求交,寻找两曲面的等距点,以产生变半径过渡曲面的方法;过渡曲面本身为2次×3次NURBS曲面,充分利用了NURBS曲线可精确表示圆弧曲线的特点,并使得可用统一的算法对过渡曲面进行各种处理。     

一种trimmed曲面的半自适应离散方法

提出了一种 trimmed曲面的半自适应离散算法。该算法通过对曲面的参数域进行预剖分,以及引进参数曲面上一点处的“最大法曲率”的概念,采用分区域处理的方法分片对 trimmed曲面的有效参数域进行三角形网格剖分。该方法计算速度快,能根据曲面的法曲率变化来控制 trimmed曲面三角化剖分的密度,并可有效地避免在三维空间产生奇异三角形与“裂缝”。