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【6h】

基于工业CT切片序列的三角网格模型简化及孔洞修复研究

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目录

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.3课题来源及研究意义

1.4本文组织结构

2 基于工业CT切片序列的网格模型重构

2.1 三维网格重建方法简介

2.2 移动立方体算法介绍

2.3 三角网格拓扑关系

2.4 网格模型数据存储结构

2.5 本章小结

3 高效率的三角网格模型保特征简化方法

3.1 引言

3.2网格曲面细分方法概述

3.3 简化方法描述

3.4实验结果与分析

3.5 本章小结

4 基于方向曲率调整的三角网格模型孔洞修复方法

4.1 引言

4.2波前法介绍

4.3 孔洞边界几何参数计算

4.4 本文方法描述

4.5 实验结果及分析

4.6结论

5 系统集成及逆向设计实例分析

5.1软件系统架构

5.2 软件功能设计

5.3工业CT逆向设计应用实例

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间发表的论文

B.作者在攻读学位期间参与的科研项目

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摘要

逆向工程即对目标产品进行逆向分析及研究,从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素,以便高效的对产品进行缺陷检测和二次开发。而作为目前逆向工程的最佳手段之一,工业CT技术可以在完全不损害样品的情况下,得到其表面及内部的切片数据,对这些切片序列进行三维重构就等得到目标产品的结构,从而进行误差分析、有限元分析等开发设计工作。本文针对由工业CT切片序列重构得到的三维网格模型所存在的问题,重点对网格重构、简化、孔洞修复等方面进行了研究,主要研究内容和成果如下:
  ①为了对工业CT切片数据进行重构以得到较为真实可靠的三维模型,本文首先分析了目前较为常用的三维网格模型重构方法,并选取了移动立方体方法对切片数据进行重构。通过多个模型的实验例证表明,该算法能够较好地重构出三维网格模型。
  ②为解决部分重构的三角网格模型因数据量庞大而导致其不便于存储、分析和显示的问题,提出了一种结合网格精细化方法的三角形折叠网格简化算法。首先通过网格细分法确定待折叠三角形三个顶点的修正坐标,并根据修正坐标初步确定折叠点位置,然后引入折叠点的拉普拉斯坐标和原三角形法向信息来更新折叠点位置,最后由三角形折叠后该区域的体积误差和被折叠三角形平展度来共同确定折叠代价,从而使网格优先从较为平坦和特征点较少的区域开始依次进行三角形折叠简化。对多个模型进行了实验测试和数据分析,结果表明该方法能够有效精简网格数据。
  ③由切片数据重构得到的三角网格模型往往存在各类缺陷,本文提出了一种空间多边形孔洞修补算法。首先提取孔洞的边界并对边界进行预处理,然后通过计算边界点的平展度和孔洞多边形的顶点投影夹角,协调控制孔洞三角形生长的顺序;同时引入边界点法向量估计因子和方向曲率调整角对新插入点的位置进行调整,以达到对孔洞的平滑过渡修复。实验结果表明,该算法简单高效,新增三角形质量较高且能够与原有网格光滑过渡,孔洞修复效果较好。
  ④结合实例研究了利用工业CT技术进行逆向设计的方法。将扫描的切片图像利用本文的方法进行重构、修复、简化后得到三角网格模型,然后用相关软件将模型进行逆向实体绘制,再将其与原始点云模型进行比对和误差分析,该逆向设计方案为吸收先进的设计方法提供了借鉴。

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