基于CATIA的汽车虚拟造型逆向建模研究

摘要

在传统汽车造型设计中，人们首先手绘出作品，然后制作油泥模型，评审通过再进入基于油泥模型的实物逆向阶段。基于油泥模型的车身造型设计，一是需要额外的专业油泥模型制作人员，模型制作时间长，而且修改麻烦；二是对定型的油泥模型进行三坐标测量需要使用昂贵的测量设备，成本高，对测量得到的点云数据还需要经过对齐、剔除坏点、滤波等烦琐的前期处理，数据处理量大，容易放大累积误差。本文在避开对油泥模型的三坐标测量环节的情况下，通过 STL文件提取了计算机辅助造型软件设计的一款城市 SUV车型的车身虚拟点云，并结合线框模型完成了车身曲面的逆向重建。
　　文中采用的软件平台主要为 Rhino和CATIAV5，其曲面建模都是基于NURBS方法的。本文在介绍曲线曲面理论的基础上，分析了 NURBS方法在CATIAV5中的应用。由于涉及到不同的软件平台，需要进行不同软件之间的数据交换，在对具有可行性的三种数据交换方案进行分析后，选定了中间格式作为本文前期数据交换的方式，并以 IGES和STEP两种数据格式对本文的模型做了详细的对比测试，选定最佳方案完成了数据交换。
　　为了得到车身模型的虚拟点云，研究了从STL文件中提取合适的点云的方法。在 CATIAV5中，对虚拟点云进行了预处理，包括数据精简、边界修正、三角铺面以及网格优化。
　　基于优化后的网格，利用曲线与曲面的拟合原理完成了车身主曲面的拟合，并将统计学原理引入到曲面拟合的精度评价中，保证了重建后的模型对原始模型的仿形精度。
　　最后运用桥接与填充相结合的手段进行了车身主曲面的拼接，完成了整个车身模型的重建。研究表明，省略油泥模型制作及实物逆向阶段，对车身虚拟造型进行软件逆向重建是可行的。

目录

基于CATIA的汽车虚拟造型逆向建模研究

RESEARCH ON REVERSE CONSTRUCTION OF AUTOMOTIVE STYLING BASED ON CATIA

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 相关技术的国内外研究现状

1.2.1 逆向理论的国内外研究现状

1.2.2 模型重建技术的国内外研究现状

1.3 本课题主要研究内容

第2章 CAGD及其在CATIAV5中的应用

2.1 CAGD概述

2.2 CAGD曲线与曲面理论

2.2.1 曲线与曲面的数学表达

2.2.2 曲线曲面的矢量曲率以及连续性

2.3 曲线曲面理论在CATIAV5中的应用

2.3.1 曲线曲面的NURBS方法

2.3.2 权因子对NURBS曲线曲面形状的影响

2.3.3 NURBS在CATIAV5中的应用

2.4 本章小结

第3章 数据交换

3.1 常用的CAD数据交换标准与格式

3.1.1 DXF格式

3.1.2 ACIS与Parisolid

3.1.3 STL格式

3.1.4 IGES标准

3.1.5 VDA-FS标准

3.1.6 STEP标准

3.2 数据交换测试

3.2.1 曲面模型的数据交换测试

3.2.2 曲线模型的数据交换测试

3.3 本章小结

第4章 重建方案选择与数据预处理

4.1 重建方案探讨

4.2 数据预处理

4.2.1 坐标变换

4.2.2 STL模型输出

4.2.3 虚拟点云过滤

4.2.4 虚拟点云网格化与网格面优化

4.3 本章小结

第5章 模型重建

5.1 点云分割

5.2 曲线重建

5.2.1 曲线重建原理

5.2.2 曲线的整体拟合

5.2.3 曲线分段拟合

5.2.4 曲线光顺处理

5.3 曲面重建

5.3.1 曲面拟合原理

5.3.2 曲面拟合参数分析

5.3.3 曲面拟合精度分析

5.3.4 车身主曲面拟合

5.3.5 车身曲面拼接

5.4 快速成型制造

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢