任意参数曲面的分割求交算法

两张任意参数曲面的求交,是目前计算机辅助几何设计的难点之一。本文将介绍一种分割算法,求贝齐尔(B(?)zier)曲线及曲面的交点和交线。在求交过程中,讨论了有交区间、精度及交点的排序等问题。并且在计算机上实现了这一算法。 在此算法的基础上,利用数据结构的理论,实现了任意参数曲面的求交及拼合,并绘出了相应的三维视图。     

非均匀网点上的样条曲面插值

一维样条(曲线)的插值已由均匀结点引伸到非均匀结点上,但二维样条(曲面)插值还只适用于分布在均匀参数网格点上的数据点阵。本文指出了非均匀网点上参数双三次样条曲面的连续性降低到C~0的严重事实,并提出一种偏导矢修正法,按照相对修正量最小来修正相邻曲面片的对应偏导矢,满足了对非均匀网点上的数据点阵进行光滑插值。整个样条曲面的连续性为C~1,并作了实例验证。     

以NURBS为基础的造型方法

讨论了基于ＮＵＲＢＳ的算法和造型方法，所给出的ＮＵＲＢＳ曲线、曲面的插值算法，不仅插值于数据点，而且插值于数据点上的权。为Ｓｋｉｎ造型方法提供了基础，还讨论了ＮＵＲＢＳ曲线，曲面退化情况及其处理，展示了ＮＵＲＢＳ方法可以容纳许多复杂的形状，最后，给出了基于ＮＵＲＢＳ的造型方法，如Ｄｒｉｖｅ曲面、Ｓｋｉｎ曲面的造型方法，为用户提供了方便地造出适合于工程应用的复杂形状的方法，上述讨论表明ＮＵＲＢＳ的表     

板料成形的数值分析及程序系统

本文讨论了板料成形的数值分析方法,并介绍一个能在微机上运行的程序系统——CASF(Computer Aided Sheetmetal Forming)01系统。 CASF01系统采用参数三次样条描述板金零件的几何外形,按弹-塑性流动理论用完全拉格朗日有限元法计算成形过程中的应力应变分布。由于参数样条的插值性和分段描述特点与有限元法的结构离散在基本思想和处理方法上的相似性,系统内曲面描述和力学分析程序间数据传递迅速方便。圆板胀形及其汽车零件的计算实例表明了CASF01系统的可靠性和实用性。     

用变形模型整体构造B样条曲面方法研究

传统的造型方法都是基于纯粹的几何模型,通过几何上的型值点或边界曲线定义曲线或曲面,难于进行交互修改.基于物理模型的变形曲线、曲面造型方法将参数化几何描述方法与力学原理结合起来,使曲线曲面变形形态在一定程度上与弹性梁和薄壳相似.设计者可以通过施加于变形曲线曲面上的力或约束,或改变曲线曲面本身刚度来改变其局部或整体形状,克服了局部控制与总体光顺的矛盾.该造型方法已在光顺、N边域构造以及曲面的光滑拼接和过渡面构造等领域得到应用.      

三维物体用2×1次参数曲面柱体拼合造型

本文介绍了一个小型精巧的三维体素拼合造型系统。 在本系统中,用2×1次Bézier曲面片定义了三种柱体(立方体、圆柱体和任意周边柱体)做为基本体素,并且设计了一个精炼的数据结构。数据结构中,由于没有采用目前常用的翼边结构,故占用内存少,数据管理简便。 在拼合求交中,提出了以简单拼合曲面片偶做为基本求交单元的相贯线求解方法,并对简单曲面片偶的性质进行了深入的研讨。在求交时采用了分割算法,简化了求交计算。求出的交线是用二次Bézier曲线逼近,以解决多次拼合求交问题。 集合运算以后,各体素间是通过环(即交线)进行链接。 本系统是用FORTRAN语言编写的,包括53个子程序,并通过曲轴和壳体两个零件实例的拼合造型进行试用,表明本系统是可行的。     

一类丰满度可调的曲线曲面构造法

文中引入了两个几何参数λ和μ,给出了一种新的平面三次曲线的构造方法——三点折线定义法。研究了这类曲线的有关性质。除了可以通过改变中点向量的位置而改变曲线内部的几何形状外,还可以通过改变λ和μ的数值自动调节曲线的丰满度,满足工程上的不同要求。 文中还将这一方法向曲面作了逻辑上的推广,给出了曲面片的几何信息和诸顶点之间的关系,还给出了曲面片之间C~1连续的充分条件。     

线接触加工整体叶轮叶片的一种刀位算法及应用

本文介绍一种形成包络面的计算方法及在包络面上作插值计算的方法,从而解决了用线接触成形复曲面时刀具形状、安装、刀具轨迹等各工艺参数的计算。已用本文所述方法,作成了用于三、四、五坐标数控加工整体叶轮的软件,提供用户使用。并用该软件作了四类产品的工艺计算,在四坐标数控机床上进行了加工。     

单片机数字温度补偿晶体振荡器的研究

讨论应用单片微型计算机对晶体振荡器进行数字温度补偿的原理,给出系统方框图和单片微机程序流程图,也对校准值的插值运算作了介绍,在-20～+50℃温度范围内,获得了小于±1×10~(-7)频率稳定度的温补晶体振荡器。     

半规则三角网格模型细分曲面重构

针对逆向工程中的三角网格重构问题,提出了一种保持尖锐特征的半规则三角网格模型细分曲面重构算法,以充分利用细分曲面的多分辨特性.首先经提取尖锐特征和删除最大独立点集得到基网格,然后利用插值Loop细分和最近点法向投影法不断调整半规则网格得到重采样网格,最后运用渐进插值(PI,Progressive Interpolation)算法生成半规则细分曲面.实例表明,重构后获得的细分曲面连接性好,可以直接进行细分小波分析.     

三坐标数控自动编程系统

本语言系统作为计算机辅助制造中的一个应用软件,可以处理自由曲面,以简化复杂曲面的数控编程工作、语言格式符合曲面的集合描写概念。具有曲面数学模型的完整描述,同时又具有工艺性和直观性。系统主要用FORTRAN Ⅳ编写,为模块分层结构,共分三个主要模块:编译模块、数学处理模块、后置处理模块。数学处理可提供三种选择:COONS曲面、BEZIER曲面、直纹曲面。在COONS曲面块(PATCH)中扭矢由混合偏导数求出。在BEZIER曲面中用户可以给出多边形顶点或直接给出型值点(均匀分布)。系统还提供了某些特殊功能,以满足不同用户的需要。输出信息亦可有几种选择。     

一种Bézier曲面C~1拼舍方法的矩阵表达式

Bézier曲面拼合,一般可以给出直观的几何解释——即用拼合边的第二排矢量(第一辅助准线)顶点的改变来说明实现C~1拼合的条件。遗憾的是,由于其矩阵表达式有些复杂,一般都将修改后的第一辅助准线表示为代数形式。这就失去了它的几何直观性。本文根据Bézier和Sioussion提出的一种C~1拼合方法[1],推导出两张n×n曲面C~1拼合时拼合曲面Bézier多面体的矢量矩阵一般公式。该结果会给用Bézier方法建立的人机交互计算机辅助几何设计系统的计算和对曲面进行拼合修改带来方便。     

单元及多元函数关于多点的一种插值多项式及其余项

在[1]中将两点的Lidstone多项式推广到多点的情形,并对函数f(x)按这种多项式展成的级数的收敛性作了论证。本文论述f(x)由这种多项式组成的关于多点的插值多项式(简称f(x)关于多点的插值多项式)及其余项。由余项公式可看出这种插值式的精确度是相当高的。利用这个结果可将函数在较大范围内展开为多项式,并可估计出误差。此结果是相当一般的,它包括了台劳公式,也包括了Lagrange插值多项式及其余项。本文最后又将此结果推广到多元函数在域上按多点的展开。     

卫星无线测量传输系统的优化设计

介绍了卫星无线测量双向传输系统的优化设计及系统部件参量的选择。采用了随机和正交阵接合的优化方法，给出了系统数学模型，解决了离散变量的曲线和曲面拟合，及约束条件的处理。完成了三站微波中继系统的优化设计。     

一种星图识别的星体图像高精度内插算法

介绍了一种从星敏感器成像中高精度提取恒星位置和星等的方法.这种方法把星光成像看成是高斯点扩散函数模型,利用线性内插和最小二乘法方法,拟合得到高斯曲面参数.从高斯曲面模型中得到亚像素级的恒星位置和恒星星等.理论研究表明,曲面拟合法提取的星体位置精度高于传统的质心法.由于直接进行高斯曲面拟合计算非常复杂,为了简化计算,利用了星体成像点附近x,y方向的非线性插值方法,分别得到不同的曲面系数.仿真结果显示,在信噪比小于0.05时,定位精度小于1/20像素,星等误差小于5%.     

一种基于共面特征点的单摄像机姿态测量方法研究

利用单摄像机采集4个共面特征点图像的方法来测量物体的相对姿态变化。系统选用IR-LED作为特征点并对其发光特性进行优化控制,利用基于双线性插值的高斯曲面拟合方法确定图像特征点的坐标,最终使用解决P4P问题的一种线性解法确定特征点坐标及位姿变化信息。进行了实物和仿真实验,并对该方法进行了不确定度分析,结果表明这种方案具有较高的准确度、实时性。     

一种高效空间分割算法

针对三角面元目标提出了一种高效率的空间分割算法.该方法以一种空间点与单位立方体位置关系的判断法则为基础,并逐渐延拓到参数直线、三角形的空间分割上,给出了一种新的三角形面元目标快速分割的解决方法.介绍了该方法在参数曲线、NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲面目标的空间均匀分割上的应用,并给出了非均匀分割的处理方法.与计算机图形技术中最常用的BSP(Binary Space Partitioning)技术的比较中发现,对于特定情形,该算法的执行效率优于BSP法.通过实例证明了该算法的有效性和可靠性.     

一个统一的几何造型系统

本文提出了一种统一的数学模型,将曲面造型系统与体素造型系统有机地融为一体,采各家之长,使系统的造型能力大大加强。系统内部的几何模型统一的采用了参数曲面的表示方法,这样便能够继承已有的曲面造型功能;表达物体的拓扑结构采用了改进的翼边结构方法,继承了体素造型系统的长处,因此,系统能够处理复杂曲面的拼合造型,集个体复杂性与组合复杂性于一身。系统还能够设计由三参数矢函数定义的实体,完整的表达空间实体的所有信息,使得曲面与实体的数学模型统一起来,为最终发展一个集成化的计算机辅助制造系统奠定了基础。本系统是正在开发的超集统一机械系统(SUMs)中的一个三维造型模块。     

飞行器RCS计算前置处理中裁剪曲面剖分算法

在雷达散射截面(RCS)计算中,首先需要将物体的表面进行三角剖分,称为前置处理,三角片单元的边长通常为0.1个波长(一般1个波长取3 cm).飞行器外表形状复杂,在建立数学化模型中,使用了大量的裁剪曲面,曲面之间的关系非常复杂,而3 mm边长的三角片剖分,使得飞行器的三角片单元的数目巨大,给前置处理带来难度.对此,提出了一种裁剪曲面三角网格剖分的方法.利用飞行器外形设计的特点,在以拱高为逼近误差的前提下,把曲面离散一系列等参数线,等参数线上等弦长布点,两两参数值相邻的参数线生成网格单元.根据网格单元与裁剪区域的位置关系,将落在裁剪区域外的网格单元进行裁剪处理.然后对曲面间边界处的网格进行相容性处理,最终实现多张裁剪曲面的三角网格剖分.      

MEMS陀螺标度因数误差分析及分段插值补偿

动态条件下,标度因数引起的误差是MEMS(Micro Electromechanical System)陀螺主要误差源之一.为了提高陀螺精度,基于内框驱动式硅MEMS陀螺误差机理,分析了标度因数常值误差、非线性误差以及不对称误差的物理起因,构建了标度因数误差数学模型,提出了对陀螺标度因数按照角速度大小分段插值的补偿方法,消除了转速引起的陀螺标度因数误差.试验结果表明:MEMS陀螺标度因数误差高达4053.2(°)/h(1 σ ),采用分段插值法补偿后陀螺误差减小到79.0(°)/h(1 σ ),补偿精度比一次拟合及分段法分别提高了15.4倍和7.5倍,验证了MEMS陀螺标度因数误差模型的正确性,证明了标度因数实时分段插值补偿方法的准确性和适用性.