逆向工程鞋楦数据精简及模型修改技术研究

摘要

为改变中国传统制鞋业对经济发展的制约，将CAD技术引入鞋楦的设计制造使其信息化是未来制鞋业发展的方向。本文在逆向工程的先进设计理念基础上，提出了基于UG软件及其二次开发的鞋楦CAD系统中鞋楦数据处理、模型重构及扩缩修改的一套方法，从而为鞋楦CAD的开发提供了关键的技术。 测量数据的处理在逆向工程中占有极为重要的地位，由三坐标测量机或激光扫描仪所测得的数据点之间通常没有相应的拓扑关系，只是一大群空间散乱点。因此，进行CAD模型重建之前需要对其进行预处理，使之能够利用三维造型软件快速反求。本文分析了目前点云数据精简的三种方法——均匀方格法、按给定点间距离精简法和角度—弦高法，并在此基础上提出了基于粗糙集理论的数据精简方法，该法结合了上述三种方法的优点并克服了单一方法的缺点，实现了较好的数据精简效果。 在讨论了曲线曲面建模理论的基础上，对其数学模型及拟合造型技术做了较深入的分析，通过预处理后的楦体点云数据结合自由曲线曲面的三维重构技术及鞋楦曲线面的特殊性质，在保证曲面视觉光顺的前提下完成了楦体的模型重构。由于鞋楦造型并无特殊的特征作为分割曲面的参考，所以，本文通过SurfaceFitw/CloudandCurves(4条边界线及边界内部点云)方式拟合曲面。主要过程：首先将鞋楦的底部及顶部点云与原点云分离，做轮廓线并拟合曲面。再对鞋面部分的点云打断面(CrossSection)，得到的断面点云再拟合成曲线，利用边界线及其内部点云拟合曲面。 国际上对曲面光顺及展平的研究取得的突破性进展也为制鞋CAD系统的实用化提供了坚实的理论基础，在此基础上本文将重点对鞋楦模型的扩缩及局部修改等交互式调整做一个较完整系统的论述。首先通过对鞋楦设计的基本原理及特征参数的列举来凸显鞋楦模型的特性，其次对鞋楦模型曲线曲面的生成正是自由曲线面重构的示例。最后讨论了鞋楦模型的扩缩及通过基于斜率变化的自适应算法来局部修改模型的方法。 本文采用Unigraphics软件作为几何造型平台，UG提供强大的二次开发工具——UG/OpenAPI作为开放式系统提供给用户，以扩充功能的标准C函数接口，通过这些函数可以操作UG中的所有图形对象和内部数据。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2鞋楦技术的研究现状及发展趋势

1.2.1国外现状

1.2.2国内现状

1.2.3发展趋势

1.3课题的提出

1.4主要研究内容

第二章鞋楦的逆向工程数据采集及处理技术

2.1逆向工程的引入

2.1.1逆向工程概述

2.1.2逆向工程的应用

2.2逆向工程的数字化方法与测量技术

2.2.1数据测量的方法和原理

2.2.2三坐标测量机简介

2.2.3点云

2.3鞋楦数据采集技术

2.3.1鞋楦数据测量

2.3.2点云数据的预处理

2.4数据接口设计

第三章鞋楦的三维模型重构

3.1几何建模理论

3.1.1线框造型

3.1.2曲面造型

3.1.3实体造型

3.2曲线曲面数学模型

3.2.1曲线曲面数学模型的发展

3.2.2 Bezier(贝塞尔)曲线/曲面

3.2.3 B-Spline曲线/曲面

3.2.4 NURBS曲线/曲面

3.3曲线曲面拟合造型

3.3.1插值曲线和逼近曲线的概念

3.3.2基于曲线的曲面重构方法

3.3.3曲面拟合的算法

3.4实际工程中曲线曲面光顺评价分析及处理方法

第四章鞋楦的扩缩与局部修改技术

4.1鞋楦设计的基本原理

4.1.1鞋号与型号的分档

4.1.2鞋楦的特征参数

4.2鞋楦面拼接

4.3鞋楦的整体缩放

4.3.1鞋楦的长度缩放

4.3.2鞋楦的围度缩放

4.4鞋楦变形技术的研究

4.4.1曲面的基本变形技术

4.4.2基于斜率变化的自适应算法

第五章基于软件的模型建立与修改实现

5.1 UG、Imageware应用软件的简介

5.2 UG二次开发模块介绍

5.2.1 UG/OPEN Grip

5.2.2 UG/OPEN API

5.2.3 UG/OPEN MenuScript

5.2.4 UG/OPEN UIStyler

5.3数据精简程序的执行

5.4鞋楦模型的重建

5.5模型扩缩与修改过程

第六章结论和展望

6.1全文总结

6.2未来展望

参考文献

致谢