一类曲面几何变形方法及其在产品设计中的应用

摘要

产品曲面几何变形设计是汽车、飞机、轮船等产品设计的关键技术之一。深入研究产品曲面几何变形技术方法，为开发出更加符合客户审美需求的产品提供曲面设计理论、方法与工具支撑，具有重要的理论价值和现实意义。围绕产品曲面几何变形设计，重点研究了增强产品形状开发能力的曲面形状重用、曲面几何细节融合、语义驱动变形约束转化、曲面关键形状生成等方法。开发了产品曲面几何变形系统，应用到汽车曲面形状设计的研究中。
　　论文主要内容包括:
　　第一章综述产品曲面几何变形技术的发展历程和研究现状。针对复杂产品曲面几何变形设计问题，分析曲面几何变形设计的研究意义，探讨产品设计中影响曲面形状的关键技术，介绍本文的研究内容与组织结构。
　　第二章提出基于多分辨思想的曲面拼接融合新方法。定义评估曲面光顺度的度量方法，以此作为判断曲面光顺度的具体标准。提出基于小波基多尺度分解特性的NURBS曲面光顺拼接融合方法。在曲面的小波分解体系下，曲面几何信息逐层分解，再以适当的阈值过滤曲面噪声部分，重构光顺拼接曲面。
　　第三章提出基于曲面特征膜层的几何特征移植方法。定义法向特征膜层表示曲面几何特征，通过提取法向特征膜层获取感兴趣的曲面几何特征。通过调整源曲面的法向特征膜层，再移植到目标变形曲面，实现复杂产品曲面几何特征的复制粘贴操作。
　　第四章提出抽象语义驱动的曲面变形约束转化方法。根据语义特征描述的几何形状特征，将语义特征与具体的几何约束条件进行关联。利用语义参数反映的数值信息生成几何特征参数，控制目标曲面的几何变形，进而，得到具有抽象语义特征的产品曲面。
　　第五章提出基于曲面骨架线的曲面形状变形方法。定义了描述曲面关键几何特征的骨架线。提取影响产品曲面几何特征的骨架线，如脊线、谷线，再给定约束条件控制曲面特征骨架线变形，以变形骨架线为约束条件调控目标曲面特征形状的变化趋势，实现改变指定的曲面关键几何形状特征功能。
　　第六章设计与开发了产品曲面几何变形设计系统。论述了软件体系结构、各项功能的实现技术与设计思想。应用表明软件系统有效地提高了产品曲面几何变形设计的效率。
　　第七章总结全文主要成果和创新之处，展望相关研究工作的发展前景。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 产品曲面形状设计方法概述

1．2．1 数学内蕴驱动的形状变形

1．2．2 几何约束驱动的形状变形

1．2．3 特征语义驱动的形状变形

1．3 论文研究意义和研究内容结构

1．3．1 论文研究意义和目的

1．3．2 论文研究内容与体系结构

2 曲面形状的多尺度分解与边界拼接融合方法

2．1 引言

2．2 曲面样条函数多分辨性分解

2．2．1 曲面拼接算法基础

2．2．2 NURBS曲面小波基变换

2．3 二维光顺度量的定义

2．4 曲面光顺拼接的算法流程

2．5 实例验证

2．6 本章小结

3 曲面几何膜层的构造与细节特征移植方法

3．1 引言

3．2 曲面特征膜层提取的原理及方法

3．2．1 曲面的边界条件

3．2．2 特征膜层的提取

3．2．3 基曲面的生成

3．2．4 法向特征膜层的构造

3．3 曲面几何特征的移植及融合方法

3．3．1 曲面特征膜层的预处理

3．3．2 曲面特征的移植

3．3．3 曲面特征的融合

3．3．4 曲面边缘特征衰减

3．4 曲面特征移植变形的算法流程

3．5 实例验证

3．6 本章小结

4 抽象语义驱动的曲面变形约束转化方法

4．1 引言

4．2 微分方程控制的曲面形状变形

4．3 抽象语义的分类与应用

4．3．1 语义特征的来源与分类

4．3．2 语义与几何约束线的关联描述

4．4 抽象语义驱动的曲面变形约束转化算法流程

4．5 实例验证

4．6 本章小结

5 骨架线控制的曲面形状变形方法

5．1 引言

5．2 几何特征骨架线的变形原理

5．2．1 骨架线的定义

5．2．2 骨架线的变分变形

5．2．3 扩散效应弓I起的骨架线网变形

5．3 微分细节保持曲面形状

5．4 骨架线控制曲面变形的算法流程

5．5 实例验证

5．6 本章小结

6 曲面几何变形设计系统开发、实现技术及应用

6．1 引言

6．2 系统概况

6．2．1 软硬件配置

6．2．2 体系结构

6．2．3 主要功能

6．3 系统的实现技术

6．3．1 几何对象选取与定位

6．3．2 设计参数的记录

6．3．3 形状约束的管理

6．3．4 数据文件的导入与导出

6．4 应用实例

6．5 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

作者简历及在学期闻取得的科研成果