基于特征提取的三维形状混合算法研究

摘要

随着计算机技术和网络技术的发展,通过计算机技术来激发设计师的灵感、达到产品的创新已成为可能。三维形状混合技术就是这样的一种技术。它是在运用计算机的基础上实现从一个形状变换到另外一个形状的过程,在这个过程中会产生不同于现有形状的一系列新形状。因此,将此项技术运用到工业设计中就能够通过混合具有不同外观的产品而生成富有创造性的一系列新形状,这些新形状不仅具有设计师指定的特性,而且使产品达到创新。
　　 本文以计算机辅助工业设计为应用背景,对基于特征提取的三维形状混合算法进行深入的研究。因为一个产品的特征基体现着该产品的特性。如果在三维形状混合过程中,产品的特征基丢失,那么产品创新和改进就会失去意义。因此,特征基的保留是三维形状混合技术中的关键。为解决特征基的丢失问题和算法的时间效率问题,本文提出了一种基于特征提取的三维形状混合算法。此算法不仅可满足产品创新和改进的要求,而且由于特征基的提取使产品模型的特征基在混合过程中得到有效的保留。具体工作如下:
　　 (1)为了快速有效地完成三维形状混合过程,归纳、阐述了产品边界模型的特点,选取STL文件模型为基础模型,使用AVL树实现了STL文件数据的半边结构的拓扑重建,此拓扑模型方便地查询和插入点、边与面。然后通过对拓扑重建模型的标准化得到模型之间的粗略匹配；
　　 (2)为实现本文提出的基于特征提取的三维形状混合技术,首先利用半边数据结构查找的方便性,求出每条边的二面角,根据一种自适应二面角阈值的特征提取技术,计算出模型特征边的阈值,从而得到满足三维形状混合技术的特征边。然后,完成任意零亏格三角网格模型的参数化和匹配关系的建立,根据球面参数化模型之间映射关系,分别求出顶点和面,边与边的映射关系,再根据此映射关系建立新的拓扑关系模型。其中包括:特征提取(二面角的求解),顶点和边交点的对应位置求解,新拓扑模型的求解。
　　 (3)建立了算法的原型系统,结合实例分析了不同插值函数对结果的影响,对比特征提取与非特征提取的结果,验证了算法的可行性与高效性,并将算法应用到了工业设计的实际中,不仅可以实现造型上的创新而且满足产品性能上的要求。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三维形状混合技术

1.2.1 三维形状混合技术的定义

1.2.2 三维形状混合技术的基本原理

1.2.3 三维形状混合技术的应用

1.3 三维形状混合技术的研究现状

1.3.1 基于体元的三维形状混合

1.3.2 基于边界的三维形状混合

1.4 三维形状混合技术的发展趋势

1.5 论文选题背景与研究内容

1.5.1 论文选题背景

1.5.2 论文的主要研究内容

第二章 数据预处理

2.1 引言

2.2 产品三维几何模型

2.2.1 简介

2.2.2 模型文件格式

2.2.3 STL数据分析

2.3 STL拓扑结构快速重建

2.3.1 拓扑重建数据结构分析

2.3.2 拓扑重建算法

2.4 模型标准化

2.5 拓扑数据实验

2.6 本章小结

第三章 基于特征提取的三维形状混合技术

3.1 引言

3.2 算法描述

3.2.1 算法原理分析

3.2.2 基于STL文件的特征提取技术

3.2.3 三角形网格的参数化

3.2.4 建立模型之间的匹配关系

3.2.5 新三维模型的拓扑重建

3.2.6 插值变换

3.3 本章小结

第四章 算法实现及其实际应用

4.1 构建实验平台

4.2 模块组成

4.3 水滴模型与车身的混合实例

4.4 其他混合实例

4.5 实验结果分析

4.6 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

在校期间发表论文

致谢