逆向工程中点云k邻域搜寻与点云数据精简处理技术研究

摘要

目前，逆向工程作为制造业中的一种高效、全新的产品设计开发手段，已经被广泛应用于航海、航空、航天、模具设计、文物修复和医疗科技等行业中。点云数据采集、点云数据处理、曲面重构作为逆向工程的关键技术，直接影响逆向工程实现的效果。对逆向工程中的关键技术进行研究，可以促进逆向工程技术相关理论的发展与工程应用，可以更加有效的解决传统正向设计难以完成的任务。因此，研究逆向工程中的关键技术具有重要的工程意义。
　　本文针对逆向工程中的散乱点云 k邻域搜寻技术与点云数据精简技术等相关技术进行了研究。主要研究内容包括：基于立方体栅格法，对散乱点云k邻域的搜寻技术的研究；研究传统的点云数据精简方法，提出一种新的点云数据精简方法；以自由曲面模型为实例，在其逆向过程中，应用并验证提出的点云数据精简方法的有效性。本文的主要结论和成果如下：
　　提出了基于立方体栅格法散乱点云动态k邻域建立方法。通过缩小扩展搜寻范围，提出了设置动态的k值，建立动态k邻域，提高了散乱点云k邻域建立的效率。
　　提出了基于曲面变化因子精简点云方法。基于曲面变化因子识别点云模型曲面不同的变化程度，实现不同程度精简，可以有效的实现基于特征的点云数据精简，并能很好的保护细节特征。
　　基于VC2010和OpenGL对基于曲面变化因子的点云数据精简方法完成了相关的开发任务，并能用鼠标和键盘控制实现模型的平移、放缩、旋转操作。
　　以自由曲面模型为实例，在其逆向实现的过程中，验证了基于曲面变化因子法的点云数据精简方法的有效性。基于曲面变化因子点云数据精简方法对获得的点云数据进行数据精简，并通过NURBS曲面重构结果，验证了基于曲面变化因子点云数据精简方法的有效性。最后用3D打印技术完成了自由曲面模型的制造。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

字母注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外发展及研究现状

1.3 论文研究的主要内容

第二章 散乱点云k邻域搜寻技术研究

2.1 空间划分策略

2.2 算法的改进与实现

2.3 实验验证及分析

2.4 本章小结

第三章 点云数据精简处理技术研究

3.1 典型的点云数据精简方法

3.2 基于曲面变化因子精简点云数据

3.3 实验验证及分析

3.4 本章小结

第四章 基于曲面变化因子精简方法的工程应用验证

4.1 点云数据采集与预处理

4.2 基于曲面变化因子精简点云

4.3 NURBS曲面重构与评价

4.4 快速成型制造

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 课题总结

5.2 课题展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢