金小辉[1]2002年在《实物摄影反求工程的研究与应用》文中提出反求工程是一门新兴的学科分支，它是在原有设计基础上的深化和再创造。根据反求对象的不同，反求工程技术可以分为实物反求、软件反求、影像反求叁类。而在实物反求中，根据反求的不同方式又可以被分为叁种情况：接触测量、非接触测量和摄影反求。本文主要是对实物的摄影反求进行研究。 目前，实物摄影反求有多种实现方法，如投影栅相位法、激光扫描叁角法等，本文提出了一种新的实物摄影反求的方法即投影网格测量法。由于采用了一种新的算法将照片上的二维点转换为实物上的叁维点，本文提出的反求方法不需要对投影、摄像光学系统进行复杂的标定，也不需要对摄像机进行定标。 基于以上的一些特点，本方法比较适合于要求实时、快速反求处理的场合。本文以人的头部模型为例，介绍了这种方法的原理，以及实现过程。
梁声[2]2008年在《反向工程中数字近景摄影测量系统叁维光学测量关键技术研究》文中认为综合近景摄影测量技术和光栅投影测量技术的实物数据获取方法是目前众多反向工程测量技术中针对大型的、结构复杂的测量对象的最高效的方法之一。这种方法由近景摄影测量获取散布在被测物体上或周围的人工标记点群的叁维坐标,再以这些坐标数据作为光栅投影分片测量点云拼接的依据,从而获取得到整体测量数据。这种综合方法既具有光栅投影测量的高效率又消除了数据拼接时的累积误差。该方法需要在被测物体表面贴两类测量标记点,一类是近景摄影测量系统和光栅测量系统都可以识别的,没有固定编号的标记点,称为非编号标记点,此类标记点只需识别其特征的中心位置;另一类是只有近景摄影测量系统可以识别的、表面特征各为不同并且有固定数字编号的标记点,称为编号标记点,这类标记点在图像识别中既需要识别其特征的中心位置,又需要识别其具体的编号代码。其中,非编号标记点的作用是作为每次光栅测量得到的点云拼合的参照。而编号标记点的作用则是通过近景摄影测量原理,根据其自身的空间坐标和两类测量标记点之间的距离关系,将不同的数字图像上的非编号标记点进行匹配,以获得贴放在物体表面上的非编号标记点的空间坐标信息,从而提高点云拼合的精度。全文按照摄影测量的实现过程主要研究了以下内容:1.本文在MATLAB平台上首先利用一系列的图像处理技术将原图像转化为含有较少干扰杂质块的二值图像。2.利用Zernike矩不变量和支持向量机(SVM)方法实现了编号标记点的识别。采用Hamming距离来求取识别编号标记点所需要的Zernike特征向量的维数。3.对标记点的粘贴方式进行约定,基于空间拓扑关系划分了Delaunay叁角网格,建立了每幅像片上非编号标记点匹配关系,对非编号标记点的匹配精确。4.采用DLT解法计算图像的投影矩阵和标记点的叁维坐标。对超定方程组采用最小二乘解法计算。
任雯[3]2014年在《基于实例的反求工程方法研究与应用》文中研究表明反求工程是我国先进制造技术的重要手段之一。它的出现与发展，实现了产品零件的重构加工与产品原型的再设计。通过反求工程的基本原理与方法，建立和掌握了自己的产品设计技术，也是提升我国制造业技术水平的重要手段。在整个逆向工程中，产品叁维几何模型的重建是其中最关键、最复杂的环节。本文将以典型的零件汽轮机叶片的反求过程为例，研究了曲面的反求设计过程，实现了真正的数字化设计与制造。首先介绍了数字化测量的原理与方法，分析了接触式测量与非接触式测量的特点，探讨了非接触式叁维扫描仪测量曲面的过程。利用3D CaMega得到了叶片的数字化点云数据。在曲面重构的基础上，经过数据预处理后,先利用Imageware软件，将获取的数据提取特征点云，再运用UG软件，通过从点到线、再到面的曲面重构方式，建立了叶片的叁维模型；且在过程中探讨了反求曲面的技巧，也为后续的加工提供了充足的准备。在重构曲面后，又进一步分析了重构过程易产生的误差，提出了一些有效措施。在叶片曲面重构的基础上，分析了叶片的加工工艺，利用快速成型技术，结合叶片的结构特点，先在AuroraFM软件中进行模型分解、合并等，再导入叁维打印机部分，完成实体的加工，成型样件。最后分析了成型过程中不可避免的一些数据误差与系统误差，提出了相应的改进措施。
袁平[4]2002年在《逆向工程技术的研究与工程应用》文中研究指明在逆向工程及快速成型的过程中，要考虑到很多因素。包括逆向工程中的数据测量、数据处理、曲面重构以及快速成型的原理、分类、特点等，以及RE和RP的集成。 本文主要是对逆向工程及快速成型技术做了一些分析和探讨。在概述当今逆向工程的总的情况之后，分析比较了逆向工程中常见的几种测量方法，并着重介绍和分析了以光学测量技术为主的数据采集方式及其原理，在提高测量精度方面作了一些分析。 在数据处理方面，本文主要详细分析了测量输出后的几种数据文件格式，针对这些数据文件作了一些研究，利用现有的开发工具和软件，作了一些尝试。比如利用VC6.0开发了程序，可以计算叁角片的法矢量、叁角片的一些特征信息，以及狭长叁角形的判断，特别是分析了除最小角α之外的两个判断标准：外接圆和内切圆半径之比值R／r，以及叁角形的不等边度E，及它们与最小角之间的一致关系。 在分析STL格式文件的基础上，本文给出了叁角网格中顶点V棱边E叁角片F的关系叁维模型，提出了它们之间的关系式R(V，E，F)。在实践中，打通了从ATOS到Surfacer以及后续CAD通用软件(如UG等)的一条线，解决了一些问题。然后对基于点云的叁角化成型方法作了研究，讨论了叁角Bezier曲面片的成型方法。 为了拓宽逆向工程的应用，考虑到短期内很多企业无法购买较贵的专用软件，本文还根据(~*.asc)数据文件编写了面向AutoCAD的接口程序，实现了点云数据及叁角网格数据在最通用软件AutoCAD的可视化。 接着简单地比较和分析了快速成型中较实用的几种方法，以期得到工程实际应用中的合适路径。 在面向工程应用的逆向工程系统环境一章中，主要是介绍了以ATOS、Surfacer、UG构成的逆向工程处理链。比较详细地叙述了关于ATOS光学测量系统及其测量流程和测量中为提高测量精度而采取的一些措施。在利用Surfacer软件处理基于散乱点云的曲面重构一节中，提出了在稀疏点处根据周围的一些点增添新点及坏点删除修改点云模型的实用路子。 最后结合RE、RP在内燃机气道等模型中的应用，作了一些分析和探讨。本文对发动机气道模型的逆向工程做了一些探求，并提出了在逆向工程中结合正向设计重构气道模型的一种方法，并通过气道模型的逆向工程与快速成型相结合，最终获得较满意产品。
苏发[5]2007年在《提高ATOS系统在反求设计中测量精度的研究》文中指出反求工程设计是新产品开发的一种模式,其应用遍及许多领域,而存在多种因素决定着反求工程的成败。其中数据测量是反求工程中的一个重要阶段,测量数据的精度是决定着后续数字化模型能否在误差控制范围内还原为已有实物的关键。本文基于一种先进测量设备—ATOS叁维光学测量系统,分析研究了该系统的光学叁角形原理、光栅条纹相移技术和参考点自动拼合技术,介绍了使用ATOS系统测量实物的基本流程、步骤,并对ATOS系统在进行测量过程中产生的误差来源进行了详尽的分析,总结了测量实物时误差产生的特点,得到了提高测量精度的方法。同时研究了基于ATOS软件的数据预处理过程及对数据处理精度的影响,得出数据预处理的流程和系统参数的合理设置是提高处理精度的关键。本文研究内容有助于提高数据测量和数据处理的质量,特别是对于提高反求设计的精度,提供了有意义的参考价值,为最终构造出高精度的CAD模型奠定了基础。
彭毅[6]2005年在《近景数字摄影测量建模技术的研究与实现》文中研究说明反向工程是根据现有的产品模型,利用数字化测量设备获得实体数据,然后对这些数据进行拟合,构建一个完整的CAD 模型,继而将这些模型和设计表征用于产品的分析和制造,并且可以通过对重建模型特征参数的调整和修改来对达到对实物造型的逼近或修改,并可据此再设计后制造出新的产品,以满足后序的要求和产品更新速度越来越快的要求。反向工程区别于传统的正向设计,它弥补了原有的传统设计不能完成的工作,能够将现有的实物进行可靠的叁维输入,实现所谓的“叁维扫描”。反向工程一方面是产品快速升级换代的一种快速手段,另一方面,反向工程的有些应用是难以用正向工程完成的。反向工程的产生和发展是必然的,并得到越来越广泛的应用。数据获取是反向工程的首要工作,也是反向工程准确建模的基础。近景摄影测量是摄影测量的一个重要分支,与普通测量方法相比,它的优越性体现在可以在不接触对象的情况下,快速而且实时地测定大量点的坐标,能够在一瞬间记录下物体的形状、大小、几何位置、形变等。由于它有迅速获取数据、在线和实时处理数据、高度自动化、适用广泛等特点,近景摄影测量的发展趋势正逐步朝着快速、准确、从静态到动态,从二维空间向叁维空间发展。本课题对于反向工程中叁维测量技术的研究有着较大的实际意义。本论文讨论了叁种不同的方法来获取匹配点,从而提取叁维信息。在计算大量的矩阵运算时实现了Matlab 的VC 接口,调用Matlab 的函数库得出结果。对于得出的离散的叁维信息利用OpenGL 叁维建模,并且利用了Unigraphics 的VC 接口生成了.prt文件,从而可以利用强大的UG 进行物体的再次建模。
李昆[7]2005年在《汽车后视镜的理论建模与应用技术研究》文中进行了进一步梳理汽车后视镜是汽车上一个非常重要的部件,如果后视镜有盲区和图像变形,势必给安全行车带来隐患。研究出一种大视野低失真的后视镜对减少交通事故带来的损失有重要意义,而且现在汽车越来越普及,后视镜市场也有巨大潜力,在这种情况下出现了许多新型后视镜的设计,最具代表性的是渐变曲率后视镜,但这些新型后视镜都缺乏数学模型支持和可靠的理论分析,缺乏能够量化的评估方法。本文将通过分析某新型后视镜的特点,提出一种数学建模方法,建立该新型后视镜的数学模型,并通过该模型对这类后视镜进行理论分析和数值仿真,从而对这类后视镜的性能进行量化评估。 本文主要由理论研究和应用仿真两部分组成。第一部分是理论研究:在最小二乘法基础上引入了一种改进的算法——移动最小二乘法,并介绍了反求工程的应用方法。将移动最小二乘法应用于汽车后视镜拟合问题中,并与传统的最小二乘法的结果进行对照,展示该方法的优越性。第二部分是应用仿真:利用移动最小二乘法建立的数学模型,设计了相应的仿真算法,直观展现后视镜的视野范围。本文的具体研究内容如下: 第一章介绍了研究背景,指出本文研究要解决的关键技术问题及研究内容。 第二章介绍曲面拟合的传统方法——最小二乘法的理论,在此基础上,采用了一种改进的曲面拟合方法——移动最小二乘法。并对移动最小二乘法的权函数的选取、A矩阵的可逆性、影响域半径的确定以及插值函数的性质等关键性问题都进行了详细的分析。 第叁章介绍了反求工程的基本理论,研究了基于特征的反求工程,并指出了其优势。提出了把反求技术应用于求汽车后视镜参数问题的思想方法。 第四章是将数学建模和仿真技术应用于后视镜问题中。首先利用反求技术得到后视镜上大量点的坐标。然后分别利用最小二乘法和改进的算法——移动最小二乘法对汽车后视镜进行曲面拟合,建立后视镜的数学模型。进而将仿真技术应用于后视镜中,设计相应的仿真算法,对前面建立的数学模型进行数值仿真分析,仿真结果直观展现后视镜的视野范围,为下一步工作打下基础。 最后总揽全文,得出结论。
王晓峰[8]2015年在《直升机桨叶气动外形逆向分析与建模技术研究》文中提出旋翼桨叶是直升机的关键部件,是直升机的主要气动面,直升机的升力、机动性能、快速巡航和悬停性能都与旋翼桨叶的气动外形有着密切的关系。传统的旋翼桨叶气动外形设计是根据直升机的机动性能要求,分别进行翼型型号的选择、扭转角分布设计、桨叶平面形状的选择和桨尖形状的设计,这是一个高知识含量的复杂设计过程。为了缩短旋翼桨叶气动外形的设计周期,提高设计可靠性,本文研究了直升机桨叶气动外形反求技术,包括桨叶气动外形逆向分析和桨叶外形曲面重建。通过实测点云数据来获得桨叶的气动外形设计参数,同时采用逆向建模方法获取桨叶外形曲面数字化模型,从而可以快速获取桨叶设计知识,为新型号桨叶提供设计参考和对比分析依据。本文还在桨叶气动外形分析关键技术、提出实现方法的基础上开发了基于实测点云数据的桨叶气动外形逆向分析软件系统。本文的主要研究内容如下:(1)分析比较了常见的数据测量方法和测量设备,提出了适用于直升机桨叶的数字化测量方案,采用Tritop摄影测量和ATOS结构光测量相结合的方式进行桨叶外形数据采集。研究了桨叶测量数据的处理方法,包括数据拼合、去噪、修补、光顺、数据精简等内容。(2)面向旋翼桨叶逆向设计的应用需求,深入研究了基于实测点云数据的桨叶气动外形分析技术。针对直升机桨叶外形结构特点和实测点云数据的特点,提出了一套桨叶气动外形分析方案和桨叶气动外形参数的提取方法,用于最终确定桨叶翼型位置分布和翼型的型号,并获得桨叶弦长、扭转角和厚度分布等桨叶外形几何参数。(3)以Imageware和CATIA为软件平台,对桨叶外形逆向造型技术进行了深入的研究,内容包括:剖面截取点云、点云拟合曲线、曲线编辑和曲面重构等,并对重构的桨叶外形曲面进行精度和光顺性分析。(4)在深入研究桨叶气动外形分析关键技术并提出一套解决方法的基础上,开发了基于实测点云数据的桨叶气动外形参数分析软件系统,并通过多个型号桨叶实例验证了软件系统的实用性。
付玮[9]2017年在《基于摄影测量系统的标定与表面数据融合算法研究》文中指出随着现代工业制造水平的发展,汽车、飞机等行业的产品大多采用不规则复杂型面,模具的设计、生产、检测等环节需要大量的叁维复杂曲面的数字化建模和叁维检测,这些是质量控制和产品设计的前提。因此工业生产也迫切需要,快速、准确的新型叁维检测技术和逆向工程设计技术。论文以复杂曲面点云模型为研究目标,研究基于摄影测量系统的摄像机标定技术,并对几种摄像机标定方法进行比较和评价。提出基于差分进化粒子群混合优化的摄像机标定方法。同时,研究数据预处理的方法,采用基于局部和全局的特征采样方法进行数据简化,并提出基于动态调整因子的改进ICP(迭代最近点算法)算法进行叁维点云数据拼接方法。论文重点研究表面数据融合算法,提出免疫遗传和蚁群融合算法对曲面进行拟合以及基于迭代和优化融合算法的叁维曲面重构。最后,研究完备正交V系统下的叁维模型重构算法,并对叁维模型重构精度进行研究以及与其他算法的精度比较。论文主要研究内容:1.针对传统摄像机标定算法中的参数多、计算耗时多等问题,对相机标定技术进行研究,采用差分进化粒子群混合优化算法进行摄像机标定,每次迭代引入差分进化的突变和交叉到粒子群算法里,维持种群粒子的多样性,并在每次迭代中选择最优粒子。实验证明,该算法可以提高算法的收敛性,防止粒子早熟收敛。与GA(遗传算法),PSO(粒子群算法),DE(差分进化算法)等算法比较,本章所提出标定算法的均方根误差仅为0.169,标定误差结果相比其他几种算法小,算法性能优秀。2.针对海量点云数据造成的计算机存储和处理速度慢的问题,提出基于局部和全局采样特征的简化算法,采用非均匀网格法提取点云数据的局部特征值;然后应用空间体素编码法提取点云数据的全局特征值。最后,使用公式融合两者特征值,根据实验选取阈值?(28)0.62,可获得点云简化最佳效果。针对点云拼接中点对点的映射关系比较困难和ICP收敛过程比较慢的问题,研究ICP算法理论,提出一种基于动态调整因子的改进ICP算法。该算法可以有效地减少迭代次数和耗费时间,提高ICP的收敛精度,并在相同初始条件下保持拼接精度。3.针对蚂蚁系统收敛速度较慢,容易陷入局部最优等缺点,结合前人研究基础及曲面拟合特点,提出基于免疫遗传和蚁群融合算法,将免疫遗传算法引入到蚁群算法的迭代中,以所有蚂蚁形成的解群作为初始种群,以当前全局最优解作为疫苗,对初始种群进行选择,交叉,自适应疫苗等操作,通过多次迭代,比较迭代后的最优解和当前全局最优解取两者最优解。实验结果显示,论文提出的融合算法比GA和IGA(免疫遗传算法)的曲面拟合效果都要好,误差分别减小18%和11%以上,本方法拟合时间明显比GA和IGA算法耗时少,分别减少时间21%和8%以上。可见,该算法有很好的收敛速度,曲面拟合耗时少,拟合精度较高。针对节点向量的较难确定以及数据点参数化问题,采用一种融合迭代和混合优化算法(CIHO),提出一种基于点云参数化的迭代方法来确定节点矢量,引入优化权重和数据点参数化的投影优化算法来解决曲面重构问题。实验结果表明,该方法具有快速、有效和鲁棒性。与其他算法比较结果表明,该算法在准确性和耗费时间方面具有竞争力。4.针对现有的完备正交函数系统无法将频谱分析引入到几何信息处理领域的问题,提出一种基于完备正交V系统的模型重构方法,实现用分片多项式构造叁维模型的重构,具有操作简单,能够处理任意拓扑的网格。实验结果表明,该方法可以较好的完成模型重构,提高了重构精度,通过叁个实例重构模型可以看出,重构模型的误差都控制在0.25mm以内,符合重构曲面的误差要求。同时对模型重构精度评价进行研究,分析曲线曲面光顺性和曲面质量,实验证明,控制点数量的多少对曲面误差有影响,控制点数目增加,曲面拟合精度提高。
杨莉玲[10]2007年在《基于反求及快速成型技术的上下牙列及颌骨的叁维重建》文中研究说明快速成型技术和叁维重建技术逐步应用于口腔修复领域,为实现个体化诊断、治疗疾病带来了革命性的变化。在国内外口腔修复学的理论和临床研究中,研究模型的建立是基础性问题。目前,用于口腔可视化教学的牙齿模型注重叁维真实感显示,模型由于不能编辑,因而不能进行定性和定量研究;一些已有专家系统的有限元计算模型多停留在二维或局部叁维基牙水平,叁维模型过于简化,并且未能进行修复过程的实体造型和定量分析;传统的修复体模型在工艺、材料、美观和价格等方面都不能满足人们日益增长的需求,并且设计周期的冗长、试戴效果评价模糊。利用快速成型及反求工程,现代医学通过螺旋CT及激光扫描技术能快速准确地获得、重建口颌面硬组织的叁维形态结构,并可迅速转化为可加工文件STL (sterolithography)格式,很好解决修复体设计及制作的问题。首次建立了系统的口颌系统硬组织叁维几何模型(包括下颌骨、部分上颌以及上下牙列),尤其是全牙列咬合状态下的叁维实体模型。模型具有层次化、模块化的特点,为牙列缺损修复设计和有限元分析奠定了基础。全面建立了支持口颌系统硬组织叁维几何模型重构的技术方法体系,采用CT重构和光学扫描反求相结合的技术路线,改变以往单纯采用反求或CT与层切法相结合的方法。应用有限元分析软件Ansys,分析不同加载状态下,正常人牙体应力分布的情况和特点,可在此基础上选择几种修复方案。将快速成形技术应用到口腔修复领域,并讨论制作上下颌骨及牙列的快速原型工艺。
参考文献：
[1]. 实物摄影反求工程的研究与应用[D]. 金小辉. 沈阳工业大学. 2002
[2]. 反向工程中数字近景摄影测量系统叁维光学测量关键技术研究[D]. 梁声. 上海交通大学. 2008
[3]. 基于实例的反求工程方法研究与应用[D]. 任雯. 华北电力大学. 2014
[4]. 逆向工程技术的研究与工程应用[D]. 袁平. 昆明理工大学. 2002
[5]. 提高ATOS系统在反求设计中测量精度的研究[D]. 苏发. 辽宁工程技术大学. 2007
[6]. 近景数字摄影测量建模技术的研究与实现[D]. 彭毅. 华中科技大学. 2005
[7]. 汽车后视镜的理论建模与应用技术研究[D]. 李昆. 武汉理工大学. 2005
[8]. 直升机桨叶气动外形逆向分析与建模技术研究[D]. 王晓峰. 南京航空航天大学. 2015
[9]. 基于摄影测量系统的标定与表面数据融合算法研究[D]. 付玮. 南昌大学. 2017
[10]. 基于反求及快速成型技术的上下牙列及颌骨的叁维重建[D]. 杨莉玲. 新疆大学. 2007
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