吕震[1]2002年在《反求工程CAD建模中的特征技术研究》文中指出本文针对反求工程CAD建模中的特征技术进行了系统深入的研究。研究并解决了从测量数据提取二次曲面特征、过渡曲面特征及其参数化表达的关键技术和算法。 文章阐述了反求工程领域，特征的定义、分类、表达以及特征与约束的关系等基本理论，详细论述了基于特征的数据分块技术，包括通过曲线曲率计算和曲面曲率计算分别提取扫描线测量数据和散乱测量数据中特征点的算法。 在二次曲面特征提取中，对法方程法、奇异值分解法和特征向量估计法等线性最小二乘法和非线性最小二乘法进行了论述，给出了基于线性和非线性最小二乘法的平面、球面、圆柱面、圆锥面等二次曲面拟合的算法。 在过渡曲面特征提取中，详细研究了过渡曲面特征提取的两个步骤，即数据分块和过渡曲面参数提取。基于数据精简、曲率估算和曲率比较，研究了从原始测量数据中自动分离出过渡区域数据点的算法。通过圆柱面拟合和过渡区域跟踪，提出了用于描述过渡曲面的系列截面线计算方法。提出了基于概率统计理论的等半径过渡曲面参数和线性变半径过渡曲面参数分析求精技术。结合测量数据实例，对特征提取中导致误差的原因进行了分析。 在自由曲面特征提取中，基于反求与设计相结合的思路，提出了对自由曲面进行再次参数化的方法。详细论述了从点云数据中提取曲线的切片算法，提出了通过点云切片和交互的手段提取扫掠曲面、旋转曲面和蒙皮曲面等自由曲面特征参数的方法。 有关特征曲面提取和参数化表达的核心算法已成功应用于反求工程CAD建模系统RE-SOFT中，两个具体应用实例论证了算法的可行性和应用价值。 最后在总结全文的工作和创新点的基础上，指出了反求工程CAD建模中有关特征技术需要进一步研究的内容。
惠相君[2]2007年在《反求工程中复杂零件的CAD建模关键技术研究》文中研究说明本文针对反求工程中复杂机械零件CAD建模的关键技术进行了系统深入的研究。文章阐述了反求工程的基本概念、应用领域和CAD建模的基本步骤，详细论述了反求工程CAD建模涉及的关键技术及其发展现状，同时介绍特征技术在几何造型中的应用，并探讨了反求工程CAD建模中引入特征技术的意义。结合反求工程自身的特点和特征、约束在其中的作用，系统的研究了反求工程CAD建模中特征、约束的定义，将特征系统的分成点、线、面、体四大类以及主要特征和辅助特征两个层次，并以此为基础结合机械零件的实际讨论了线线约束、面面约束、体体约束。通过对反求工程中的点云数据类型进行的分析，提出了一种有效的数据点去噪和漏测数据点补全的方法。在叁角剖分的基础上，在所得的叁角域中建立局部坐标系采用概率论中的正态分布模型进行局部噪声点删除，通过B-B曲面构建对数据点进行整体平滑。针对实际测量中出现的漏测数据情况，依据测量中已得数据点的几何信息，建立能量优化模型进行数据点的补全处理。在二次曲面特征提取中对数据点的曲率和法矢的计算进行了论述，以曲率和法矢作为判断依据实现了几种简单二次曲面特征的提取。给出了基于最小二乘法的平面、球面、圆柱面、圆锥面等二次曲面拟合的算法。在自由曲面的特征提取中，详细论述了通过点云切片从点云数据中提取截面轮廓数据的方法，讨论了从截面数据中提取特征点，通过特征点两边数据的规律实现截面特征的识别。运用最小二乘的方法实现截面特征曲线的构建，在此基础上运用蒙皮技术完成自由曲面模型的重构。最后在总结全文的工作和创新点的基础上，指出反求工程中CAD建模中需要进一步研究的内容。
刘云峰[3]2004年在《基于截面特征的反求工程CAD建模关键技术研究》文中进行了进一步梳理反求工程是针对已有产品原型，消化、吸收和挖掘蕴含在其中的涉及产品设计、制造和管理等各个方面的原理和知识的一系列分析方法、手段和技术的综合。近年来，随着特征技术的引入，基于特征的反求工程逐渐成为反求工程新的发展方向，受到广泛的研究和关注。 目前，在基于特征的反求工程中，有关曲面特征处理的研究已经比较深入，可以方便的直接从点云数据中提取二次曲面特征、简单自由曲面特征和过渡曲面特征，基本形成了一种基于曲面特征的反求工程CAD建模方法。与之相比，截面特征作为模型重建中的一类重要元素，其相关处理技术研究却很少，还没有形成基于截面特征的反求工程CAD建模方法。本文针对这一问题，在总结基于特征的反求工程建模CAD方法的基础上提出了基于截面特征的反求工程CAD建模方法，研究了该方法的实现流程、系统框架和关键技术，并分析了运用该方法进行反求工程建模的优势。在总结了相关的数学基础和技术基础后，指出了在基于特征的反求工程中实现该方法的可行性。 在基于截面特征的反求工程建模方法中，截面数据获取和数据预处理是第一步。点云切片是从点云中获取截面轮廓的主要方法，在详细研究点云切片算法的基础上提出了针对自由曲面特征类型点云数据的五条切片原则，重点研究了具有带状曲率分布的点云数据的切片方向确定方法。研究了用圆弧曲率估算截面数据离散曲率的方法和特征点提取方法，提出了基于曲线拟合的截面特征识别方法。 截面特征曲线全局约束优化是实现基于截面特征的反求工程CAD建模方法的最为关键的一步。直线、圆弧、B样条曲线的最小二乘拟合是实现该步聚的基础，在研究截面特征曲线拟合表达和曲线间约束表达的基础上提出了截面特征曲线全局约束优化模型。研究了惩罚函数法和改进牛顿法两种数值求解方法求解该模型的流程，并结合3个实例对两种方法进行了对比分析。 基于截面特征曲线的拉伸、旋转、扫成等简单自由曲面的重建方法已经比较成熟，因此重点研究了基于特征对应的蒙皮曲面重建方法。与传统的蒙皮曲面重建方法相比，运用基于截面特征的反求工程建模方法和特征对应的蒙皮曲面重建方法，可以得到保细节特征的高质量的曲面模型。 基于截面特征的反求工程CAD建模方法已成功应用于基于特征的反求工程CAD建模系统RE-SOFT中，结合一个反求工程建模实例论证了该方法的可行性和适用性。最后在总结全文工作的基础上，指出了有待进一步研究的内容。
孙庆[4]2003年在《基于点云的二次曲面特征提取理论和技术研究》文中进行了进一步梳理本文针对反求工程CAD建模路线：从点云提取特征曲面，再进行曲面参数化CAD造型过程中非常关键的步骤——特征提取进行了深入研究，着重研究了二次曲面特征的提取，并对点云中的全局特征约束优化技术进行了有益的探索。在当前反求工程CAD建模技术中，区域分割与特征识别是公认的薄弱环节，而从样件数字化得到的散乱点云中直接进行特征提取，并依据特征参数进行CAD建模是一条重要的建模路线，对提高反求工程建模效率，实现产品的快速反求；提高反求工程建模精度，实现产品的精确建模；提高反求模型的修改能力，实现产品的创新设计等都具有重要意义。本论文研究的正是这条建模路线中的一些关键问题。实物产品尤其是机械零件的表面通常是由一些可以称为特征的几何曲面组成，这些几何特征曲面主要包括二次曲面、自由曲面和过渡曲面等。而在点云的特征提取中，首先提取的是包括平面、自然二次曲面(包括球面、圆柱面、圆锥面)和圆环面的“简单”曲面，我们认为平面是一种退化了的二次曲面，因此研究二次曲面特征的提取是其中首要的课题。在提取几何曲面特征的过程中，数据点的分割与曲面的拟合几乎是同时进行的，而一般来说曲面拟合是两者之中的主动因素。本文着重研究了基于点云的二次曲面特征的提取技术，提出并实现了利用线性和非线性的最小二乘方法由测量数据点拟合平面以及球面、圆柱面、圆锥面等自然二次曲面的算法，并详细论述基于最小二乘方法和区域生长的二次曲面特征提取技术。此外，还研究了自由曲面和过渡曲面特征提取的一些理论和方法。反求工程CAD建模的一个重要目标不仅是要还原模型几何特征，还要还原特征之间的约束，孤立的曲面拟合不能与现代参数化设计及特征全相关的设计理念相符合。基于特征提取与约束优化的反求CAD建模策略将最优化数学模型引入反求工程，使单张曲面拟合转换成几何模型的全局求解，这与设计者的意图和造型规律是相符合的。本文对于特征全局约束优化技术进行了有益的探索，提出了有效的研究路线。以上所有的研究内容都是从反求工程CAD建模的实际工程背景出发，具有很强的工程应用价值。大量的应用实例表明，本文的研究理论和技术是成功的，结果也是令人满意的。
单东日[5]2003年在《反求工程CAD建模中点云数据区域分割及特征约束重构技术研究》文中研究表明随着计算机、数控、激光测量技术的高速发展，以及新的原理、技术的不断引入，反求工程已经成为消化、吸收先进技术，实现新产品快速开发的重要设计手段，被广泛应用于汽车、摩托车、飞机、家用电器、模具等产品的改型设计与创新设计。本文以产品设计意图与测量意图理解为着眼点，以重建支持产品创新的参数化特征模型为目标，围绕反求工程CAD建模中的特征、约束及参数化等关键技术展开研究。 从特征模型重建及反求与设计相结合的角度给出了反求工程特征与约束的定义、分类及表达。将反求工程特征划分为底层提取特征、高层组合特征及B-Rep单元／体素特征叁个层次，分析了各层次特征空间的构成及不同特征层次之间的映射关系。提出了在通用CAD系统支持下基于特征及约束进行反求工程CAD建模的策略。 区域分割与特征识别密不可分，是设计意图理解及模型重建的基础。基于点云数据的叁维划分及散乱点曲率变化建立了空间散乱数据边特征栅格提取的数学模型，并根据边特征栅格的空间位置及曲面栅格的连通性实现了空间散乱数据的区域分割。 提出了基于约束重构的截面形状特征进行拉伸、旋转、扫掠及蒙皮特征重构，进而进行复杂形体参数化特征造型的方法。并对其中的截面数据获取、平面离散曲线分段及约束逼近等关键技术进行了深入研究。 提出了拟合误差控制下的二次曲面数据自动分离的区域生长法，用交互选取特征曲面数据大样本的方法有效解决了区域分割算法中初始参数的选取问题。基于二次曲面的几何参数表达，建立了二次曲面约束逼近的最优化数学模型。通过最优化数学模型的求解，实现了重建CAD模型中二次曲面之间约束的再现。 特征与约束技术已成功应用于反求工程CAD建模软件RE-SOFT。结合RE-SOFT在工程中的实际应用说明了基于特征及约束技术进行反求工程CAD建模可显着提高模型重建效率及重建模型质量。 最后在总结全文工作和创新点的基础上，对反求工程参数化特征模型重建工作进行了展望。
范伟[6]2007年在《反求工程中基于宏命令的数据转换技术研究》文中研究说明作为现代设计方法学之一，反求工程已经成为产品创新设计和快速开发的重要技术手段。本文在基于特征的反求工程参数化建模策略下，研究和实现了基于UG宏命令的数据转换技术，建立反求工程建模系统RE-SOFT7.0与通用CAD系统NX3.0的数据转换通道。按照反求工程特征的定义和分类，本着忠实于产品设计意图的原则，RE-SOFT7.0系统对曲面重构实现了两条基本求解策略，分别称之为基于截面特征的建模策略和基于曲面特征的建模策略，形成了比较完整的反求工程CAD建模理论和方法。另一方面CAD造型技术经历了线框造型(Wireframe Modeling)、曲面造型(Surface Modeling)、实体造型(Solid Modeling)后，发展到今天的特征造型(Feature Modeling)、参数化技术(Parametric Technology)和变量化技术(Variation Technology)。综合运用反求工程CAD技术和通用CAD技术，可以实现产品叁维CAD模型的快速重建，进而将其应用到产品全生命周期管理(PLM)解决方案中的相应环节，提高企业的运作效率。因此，寻求反求工程建模系统与通用CAD系统间便捷有效的数据转换方法是必要的。宏文件作为记录CAD系统操作过程的命令文件，可以将产品在一个CAD系统的设计过程转换成其在另一个CAD系统的设计过程，不存在任何的数据丢失问题。基于特征的反求工程建模策略以提取产品的设计意图为最终目的，在RE-SOFT7.0系统的表现形式为曲线或曲面的关键特征参数及其约束关系。因而可以方便的将反求建模系统所提取的特征参数及约束关系快速转化为对应的操作宏命令，实现RE-SOFT7.0与通用CAD系统之间的数据转换。由于没有模型几何表达方面的限制，基于宏命令的数据转换方法可以大大降低数据接口的开发难度。文中利用UG宏命令，分别将RE-SOFT7.0系统中基于截面特征重构所得二维草图模型转换为NX3.0系统草图和基于曲面特征重构所得曲面模型转换为NX3.0系统的曲面或实体模型。结合叶片建模实例，验证本文算法在数据转换中的有效性和稳定性。在总结全文工作的基础上，对未来的研究工作进行展望。
贾明[7]2003年在《反求工程CAD混合建模理论与方法研究》文中研究说明反求工程是将实物模型转化为工程概念和CAD模型的一系列技术方法的总称,已经发展成为现代设计方法学中的一个重要分支。随着计算机技术和几何造型技术的发展,反求工程己不再满足于简单的产品仿制,而是基于实物模型的产品创新。为了增强反求模型的二次设计能力,从而支持产品创新,本文研究了反求工程CAD混合建模方法及其关键技术。 混合建模即将正向设计和反求工程相结合,从测量数据中提取出可以重新进行参数化设计的特征、约束及设计意图,进行再设计,完成CAD模型。本文给出了基于该建模方法的基本框架,特征和约束的定义、分类及表达。在模型分析基础上引入树的概念,建立反求工程CAD建模树,确定建模方法和步骤。讨论了混合建模方法的主要研究内容,并研究了二次曲面特征和过渡曲面特征提取。 自由曲面重构是反求工程重要研究内容之一,重构曲面质量的影响因素包括逼近精度和光顺性,除此而外,还要求重构曲面与周边相邻曲面达到一定的连续性。文中给出了重构区域划分原则和基于切片法的重构区域边界定义方法,详细研究了应用点云切片技术的蒙皮曲面重构、无约束的自由曲面逼近重构和带有边界约束的双叁次B样条曲面重构方法,并给出曲面重构的基本过程。给出了应用最小二乘逼近数学模型的逼近曲面迭代求解方法,在优化目标函数中加入简化的曲面能量模型控制曲面光顺性。 在曲面光顺中,研究了能量法、次数升阶、小波分解叁种B样条曲面光顺方法,对比分析了不同方法的优缺点和适用场合。为了保证光顺后曲面模型的整体连续性,提出了带位置约束和跨边界切矢约束的B样条曲面能量光顺方法。 针对曲面连续性编辑,研究和提出了多种曲面局部协调设计方案,恢复曲面模型的G~1连续性。具体包括相邻两曲面的公共边界处位置和法矢调整、曲面搭接,多曲面间矩形拓扑裁剪区域的局部孔斯混合、局部B样条插值和局部B样条逼近。设计中,采用二次逼近进行裁剪区域边界条件预处理,松弛边界约束,使局部设计区域与周边曲面达到近似G~1连续,符合工程要求。插值和逼近则充分利用裁剪区域的曲面信息,分别对设计曲面精度和光顺性进行控制。 反求工程CAD混合建模方法及相关技术已成功应用于反求工程CAD软件RE-SOFT中,结合实例论证了其可行性和适用性。最后在总结全文工作的基础上,指出了有待进一步研究的内容。
刘云峰, 柯映林, 王秋成, 胡晓冬, 彭伟[8]2006年在《基于特征的反求工程技术研究》文中进行了进一步梳理为了进一步推动特征技术在反求工程中的应用,支持产品的创新设计,系统地研究了对基于特征的反求工程技术;分析和总结了基于特征的反求工程技术的概念和发展方向;提出了基于曲面特征和基于截面特征的2种建模策略,并分析了它们在基于特征的反求工程建模中的关系。通过叶片的重建实例表明,在基于特征的反求工程中,综合运用2种建模策略,可以高效率地重建出满足精度要求的、高质量的参数化计算机辅助设计模型。
朱根松[9]2009年在《基于特征建模的反求工程系统关键技术研究》文中研究指明反求工程是进行产品设计、开发和创新的先进制造技术,其中产品外形表面的数字化和几何模型重建是反求工程的两项关键技术,而对反求得到的数字模型进行再创新是反求工程的核心。由于基于叁角形和四边形网格的曲面重构方法易丢失产品设计意图,从而造成产品再创新的困难。而几何建模应服务于产品的再创新与制造,特征技术是实现信息共享与系统集成的有效手段,本文以基于截面特征的反求策略为基础,对反求工程中特征建模的关键技术进行了研究,主要的研究结果如下。(1)探讨了反求工程中特征的定义、数据结构及反求工程系统的模型。本文从实现基于特征建模的反求工程系统的需要和结合反求工程的实际特点,定义了反求工程中的各种特征。并在分析了当前各种CAD模型系统后,提出了易于扩展和维护的基于组件技术的面向对象的CAD系统来实现基于特征建模的反求工程CAD系统,并定义了符合组件技术和面向对象技术的要求的数据结构和特征类。(2)探讨了点云模型的数据结构与预处理技术。随着测量技术的发展,实物数字化后数据点规模越来越庞大。如何高效地实现点云数据的拓扑重建,加快数据的检索是目前反求工程研究的难点。本文以点云数据的外包围盒和空间网格划分技术为基础,实现了自适应K近邻拓扑结构重建。利用自适应K近邻拓扑结构重建得到的点云易于检索点及相邻点的特点,用基于弦高误差控制自适应删减技术直接对点云数据删减,在保持点云形状特征的前提下,大大减小的点云数据规模,取得约90%的压缩率。(3)重点讨论了任意方向切片技术的快速实现及平面无序点集有序化方法。切片算法是实现截面特征反求策略的前提,本文利用切片平面与点云数据外包围盒的交线快速定位相交子立方格,从而快速求得与切片平面相交的数据点集。对于由切片得到的无序点集,分别探讨了用改进的Dijkstra最短路径逼近算法和蚁群算法来实现平面无序点集有序化。由于首次将蚁群算法引入反求工程曲线重建过程中,因此重点研究了蚁群算法在平面无序点集有序化过程中各种参数的设置和实现过程,经实验验证,取得了很好的效果。(4)着重讨论了平面特征的识别和曲线匹配方法。平面特征识别和曲线匹配是图像图形学中的难点。本文用角度差分法和最小二乘曲线拟合法相结合的方法实现平面特征的识别,即首先用角度差分法初步识别角点,然后用最小二乘曲线拟合法识别出角点中的特征点,最后再识别出直线、圆弧和自由曲线。由于传统基于曲线各种属性的曲线匹配算法不能很好地实现曲线匹配和对比,本文提出用Fourier-Mellin变换的图像配准技术来实现曲线匹配和对比,不仅能实现一般曲线的匹配,而且能对经过平移、旋转和缩放的曲线实现匹配,经实验验证,效果很好。(5)着重讨论了简单叁维特征的识别。本文采用增量最小二乘法自动分区并识别平面和球面。而对于拉伸体、回转体及扫描体等较为复杂平面,首先用高斯球曲率映射法得到曲面的拉伸(扫描)方向或旋转轴,然后用切片技术和Fourier-Mellin曲线匹配技术,实现了拉伸体、回转体及扫描体等造型特征的识别。(6)结合实际应用,利用快速成型实验验证了基于本文算法开发的反求工程原型软件TrSurf1.0的有效性和实用性。本文结合正向工程的特征技术和反求工程几何建模特点,提出了基于截面特征的反求工程特征建模系统模型并开发了系统原型软件TrSruf1.0。用TrSruf1.0得到的反求模型具有高层次的信息,为后续的再创新与制造提供了更强大的支持,符合现代产品设计的发展趋势。
陈曦[10]2005年在《反求工程中基于点云的特征挖掘技术研究》文中研究表明以点云为源，以特征为本的参数化反求建模技术现已成为反求工程领域的一个研究热点。近年来，非接触式测量设备的飞速发展使点云的数据规模急剧增加，点云和特征间的关系日趋复杂，在这种情况下，为了能够快速、准确地理解点云所蕴含的特征信息，本文提出并系统研究了基于点云的特征挖掘技术。 在反求工程的背景下，首先给出了特征的定义和分类，而后在此基础上结合数据挖掘思想定义了特征挖掘技术。对特征挖掘的研究内容、体系结构和应用领域进行了系统的分析和论述，指出了包括数据预处理、区域分割和曲面误差评价在内的论文研究方向。 点云数据的引入一方面使反求建模系统的形状描述能力明显提高；另一方面使系统的数据分析、处理模块不堪重负。为了提高系统的数据处理效率，本文首次提出了基于叁参数Shepard曲面的噪声过滤和曲率计算方法。提出的噪声过滤算法以叁参数Shepard曲面为潜在的流形表面，实现了保特征的异面数据虑除。提出的点云曲率估算方法通过Shepard曲面插值点的简单线性组合计算曲率，避免了大量的曲面逼近运算，具有效率高，复杂度低，实用性强的特点。 提出一种基于微分几何量统计分析的区域自动分割算法。该方法将点云划入规则分布的叁维栅格，通过法曲率映射、高斯映射分析每个栅格的几何属性，利用假设检验法判断栅格的特征类别并基于栅格的拓扑关系、映射点的聚类性质和分布拟合的结果分割相应区域。该算法具有阈值少，效率高，抗噪能力强的特点。 提出点云到曲面距离的快速算法。该方法通过曲面采样和最近点搜索获得点云中每个测量点对应的投影点初值，基于此初值迭代求取精确投影点并计算此点和对应测量点的距离。文中首次从理论上定量分析了曲面离散密度对计算精度的影响，这使得本文算法实现了距离估算误差的先验性控制。算法中使用的均匀采样准则和六面体栅格结构使得其速度明显优于同类算法。 研究了上述特征挖掘算法在RE-SOFT系统中的高效代码实现方案。基于两个建模实例说明了这些特征挖掘算法是快速、稳定和可靠的。本文最后对未来的研究工作进行了展望。
参考文献：
[1]. 反求工程CAD建模中的特征技术研究[D]. 吕震. 浙江大学. 2002
[2]. 反求工程中复杂零件的CAD建模关键技术研究[D]. 惠相君. 兰州理工大学. 2007
[3]. 基于截面特征的反求工程CAD建模关键技术研究[D]. 刘云峰. 浙江大学. 2004
[4]. 基于点云的二次曲面特征提取理论和技术研究[D]. 孙庆. 浙江大学. 2003
[5]. 反求工程CAD建模中点云数据区域分割及特征约束重构技术研究[D]. 单东日. 浙江大学. 2003
[6]. 反求工程中基于宏命令的数据转换技术研究[D]. 范伟. 浙江大学. 2007
[7]. 反求工程CAD混合建模理论与方法研究[D]. 贾明. 浙江大学. 2003
[8]. 基于特征的反求工程技术研究[J]. 刘云峰, 柯映林, 王秋成, 胡晓冬, 彭伟. 计算机集成制造系统. 2006
[9]. 基于特征建模的反求工程系统关键技术研究[D]. 朱根松. 南昌大学. 2009
[10]. 反求工程中基于点云的特征挖掘技术研究[D]. 陈曦. 浙江大学. 2005
标签：计算机软件及计算机应用论文; 二次曲面论文; cad论文; 特征提取论文; 建模软件论文; 数据建模论文; 截面数据论文; 重构论文; 曲率论文;