基于几何图形相似性的扫描路径选择与检索的研究

摘要

本文针对三维打印快速成型系统中采用单一扫描算法效率低下的问题。借鉴几何图形相似性的原理,使用计算机中对图形建模计算相似度的方法,引出了一种基于图形相似性扫描路径检索选择算法。该算法以图形相似度为依据,对不同的图形采用各自最优的扫描算法。文章首先回顾了当前图形相似性比较的发展,着重介绍了基于几何形状特征的图形相似匹配算法。其次,根据PIC文件构造边类型数组edgtp、边属性数组edgattri、邻接边夹角数组Adj_ang存储模型表示切片图形的几何形状。并给出了基于上述模型的形式化定义,通过抽取表征edgtp、edgattri、Adj_ang的特征参数建立了一个有效的实例索引机制,提出了形状相似性及实例相似性的度量和计算方法；通过matlab仿真实验表明,采用按照图形相似性选择扫描算法的系统在正确率和效率上都优于采用单一平行扫描算法和偏置扫描算法的系统。该方法具有较好的通用性和实用性,能够有效的提高快速成型系统效率。最后,在算法的具体实现方面,采用VC++6.0编译环境,应用MFC与Matlab混合编程的方法。重点介绍了PIC文件导入与相似度计算的实现过程。通过理论分析和实验论证,认识到利用几何图形相似性思想来改进快速成型扫描算法进而提高系统的性能是可行的,文中所提的动态选择扫描算法对解决实体成型问题有一定的参考价值和实用意义。

目录

摘要

Abstract

1 前言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本研究课题的主要内容

1.4 本文内容和章节安排

2 基于形状特征的图形匹配

2.1 基于区域形状描述

2.2 基于边界轮廓的形状描述

2.3 本章小结

3 切片图形相似性比较建模与相似度计算

3.1 扫描路径在快速成型中的意义

3.2 通用数据格式的分析

3.2.1 CLI格式

3.2.2 STL格式

3.2.3 SLC格式

3.3 PIC文件拓扑结构剖析

3.4 切片图形的建模

3.4.1 拓扑结构和几何连接相似性

3.4.2 图形建模

3.5 切片图形的相似度计算

3.6 扫描策略检索流程

3.7 算法性能分析

3.8 数据分析

3.8.1 多边形与PIC文件轮廓求交计算方法

3.8.2 实体点的计算方法

3.9 仿真实验及分析

3.9.1 实验切片数据

3.9.2 系统性能评价

3.10 本章小结

4 扫描路径检索系统设计与实现

4.1 快速成型系统基本结构

4.2 MFC与MATLAB混合编程简介

4.3 扫描路径检索系统的设计

4.3.1 系统需求分析

4.3.2 系统功能模块设计

4.3.3 关键数据结构设计

4.3.4 数据库设计

4.3.5 图形相似度比较算法的实现

4.4 扫描路径检索系统界面实现

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 本论文的总结

5.2 进一步的工作与展望

致谢

参考文献

读研期间发表的论文