高斌[1]2002年在《曲面造型中NURBS曲面曲线离散及显示算法的研究与实现》文中认为曲面造型是计算机辅助几何设计(Computer Aided Geometric Design，简称CAGD)中最为活跃、同时也是最关键的学科分支之—下，它随着CAD／CAM技术应用的深入而不断发展、日趋完善，其中NURBS方法以它突出的优点已成为产品结构形状定义的工业标准，广泛应用于工业产品设计中，解决自由曲面造型问题。随之而来的是对这些自由曲面的几何处理问题——曲线、曲面离散及裁剪等。而且，曲线、曲面离散在真实图形显示、曲面逼近、线框显示和消隐服务、有限元分析、曲面求交算法等应用中广泛存在，因此，研究实用、稳定、高效的曲线、曲面离散算法具有重要意义。 同时，由于在计算机图形学和几何造型中，物体常常用叁角形网格模型来描述。随着测量设备精度的提高，由叁维模型重构方法所得到的叁角形网格模型通常由上万个、几十万个、甚至几百万个叁角形面片组成，实际应用又需要实时动态的图形视觉效果，因而图形快速生成技术便成为许多实际应用(比如虚拟现实)的关键技术。如何降低绘制时间，除了利用图形硬件本身的功能外，再就是通过恰当地减少叁角面数量以减少几何处理阶段的时间耗费，因此研究基于叁角形的多面体模型的简化算法，使之根据精度要求，减少一些无关紧要的细节，从而提高绘制速度，也具有重要意义。 本文围绕曲面造型中NURBS曲线、曲面的离散及显示问题开展了一些的研究。 主要研究内容如下： ◇ NURBS曲线的分割原理、逼近误差的确定，在此基础上，提出了一种自适应的二叉树离散方法用于离散NURBS曲线。 ◇ NURBS曲面离散的原理与算法，包括曲面逼近精度的确定、公共边界一致性离散、内节点的生成、单元生成、NURBS曲面法矢量的计算；针对多张裁剪曲面边界一致性离散问题，提出了一种基于点对应的多张裁剪曲面边界一致性离散算法，采用了一种目前比较先进的基于局部优先的平面任意区域叁角剖分算法完成参数域的网格剖分。 ◇ 基于边收缩的叁角形网格简化算法和顶点拆分算法原理，在基于边收缩的叁角形网格简化算法基础上提出了一种可以处理带内边界的网格简化方法，并且设计了建立多分辨率模型的具体过程。 利用Visual C++6.0和OpenGL等工具在windows2000操作系统的支持下，实现了曲线离散算法、曲面离散算法、网格简化算法，实验结果表明，算法达到了预计的设计效 浙江大学硕士学位论文 摘要 果。
潘小群[2]2004年在《NURBS方法的近似计算及权因子作用的研究》文中指出非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-spline，简称NURBS)方法，是计算机辅助设计(CAGD)中表示和处理曲线曲面几何问题的一项重要标准。因为NURBS优良的性质，使它成为工业界对产品进行数学描述的唯一国际标准，并且广泛应用于CAD／CAM及图形学领域。 本文主要研究计算NURBS曲线长度近似算法、NURBS曲面面积近似算法以及权因子对NUBRS曲线的影响。主要研究内容如下： 1．采用离散逼近的方法求NURBS曲线的近似长度，提出了叁种不同的长度计算方法，皆适用于叁维空间下任意阶数的NURBS曲线，并能根据预先给定的逼近精度自动离散得出计算结果，并对这叁种方法加以比较。在曲线离散过程中改进了现有的逼近误差确定方法。 2．根据NURBS曲线离散逼近算法，提出了求叁维空间中任意阶数NURBS曲线包围区域的面积，面积矩，旋转体体积的近似计算方法。 3．在NURBS曲线离散逼近算法的基础上，进一步提出了NURBS曲面离散逼近算法，并得出曲面面积近似计算方法。 4．系统总结了权因子的物理及几何意义，研究了权因子的改变对NURBS曲线形状、长度的影响。将实验数据回归分析，在此基础上得出两类控制顶点权因子的改变对NURBS曲线长度不同的影响结果。 5．采用“文档-视图”程序框架技术，应用Visual C++6.0和OpenGL等工具在WindowsXP操作系统的支持下，开发了NURBS曲线、曲面近似计算系统。并在该系统下完成了对上述算法数值检验。
陈燕丽[3]2014年在《NURBS复杂自由曲面造型方法的研究》文中进行了进一步梳理为了适应现代工业化的快速发展及现实生活的需求，曲线曲面造型技术越来越得到人们的重视。非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Spline,简称NURBS）作为定义工业产品几何形状的惟一数学方法，在航空航天、造船、汽车和模具制造工业等领域，显示了强大的优越性。本文较为深入地研究了基于NURBS的复杂自由曲面造型方法，并对构造的曲面进行分析和仿真。主要完成了以下内容：（1）对叁次NURBS曲线曲面的造型方法作了详尽的介绍，以NURBS曲线曲面的定义及性质为基础，给出了NURBS叁次曲线及双叁次曲面的矩阵表示及生成方法，同时应用NURBS双叁次曲面的矩阵方法构造出飞机的叶片型面；（2）从B样条的递推定义出发，结合符号的推理技术，推导出四次规范B样条基函数的矩阵表示形式。在此基础上，利用NURBS四次曲线曲面的有理分式表示，推出了NURBS四次曲线及双四次曲面的矩阵与矩阵块表示；（3）给出NURBS四次曲线节点矢量的确定方法，并依据参数样条的定义理论及求B样条导矢的方法，推导出了NURBS四次曲线首末端切矢条件及自由端点条件，同时推出了反算NURBS四次曲线上控制顶点及相应权因子的矩阵表达式，并构造了NURBS四次曲线。在此基础上，还提出了用蒙面法构造NURBS双四次曲面，在MATLAB中编写NURBS四次曲线及双四次曲面的生成程序，实现了人机的交互式设计；（4）应用NURBS复杂自由曲线曲面的造型方法，分别构造出具有相同型值点的NURBS双叁次及双四次曲面，在CATIA中建立实体模型，将NURBS双叁次及双四次曲面分别与理论曲面作比较，对这些曲面进行误差及光顺性分析，最后对NURBS双四次曲面的实体模型进行数控加工仿真，验证了新提出的NURBS四次曲线及双四次曲面矩阵方法的正确性和可行性。
高斌[4]2005年在《曲线曲面质量检测与修正方法研究》文中指出车身曲线曲面设计质量极大地影响车身外观，影响人们对整车的第一印象，从而影响汽车在激烈市场竞争中的竞争力，因此，在车身设计过程中，如何方便、有效地对曲线曲面质量进行检测与修正一直是工程设计人员和该领域研究人员追求的目标。 本文在深入剖析国内外相关技术研究现状基础上，对计算机辅助曲线曲面质量检测与修正技术及理论进行了详细、深入的研究： 提出了一套高质量、高效率的面向曲面品质分析的曲面离散技术。在给定曲面最大离散误差、最大网格尺寸、网格边端点的最大法向偏差下，曲面按照叁维等距离等参数线网格化后，按照网格边端点的法向偏差标准进行局部网格加密，使之能更好地满足具有局部不光顺性曲面的品质分析与调节需要；充分利用曲面边界信息帮助查找两曲面的公共边界网格，在边界网格连接时根据连接需要直接对被连接的网格进行简化和顶点合并，以提高两曲面公共边界网格的连接效率，减少网格数。 提出了一套快速、高效的曲面品质分析结果等值线生成算法。先计算出网格顶点的场量值，然后根据每条网格边所涉及的顶点判断并确立网格边上的等值点，最后根据叁角形网格的拓扑关系追踪每条等值线。本算法中每条网格边的等值点判断、计算和存储只进行一次，每个离散网格顶点的场量值只计算和存储一次，减少了内存消耗，减少了计算量，因而大大提高等值线的生成速度和处理效率，能更好地满足在虚拟环境中交互式检测曲面质量的需要。 提出了一套简单、直观、有效的、基于补丁曲面质量检测线(反射线或高亮线)的NURBS曲面局部光顺算法。在曲面不光顺区域建立光顺的补丁曲面，用补丁曲面的质量检测线替换原曲面质量检测线位于补丁曲面的部分，实现对原曲面质量检测线形状的修改；利用修改后的曲面质量检测线及曲面不光顺区域的边界条件建立曲面局部光顺的线性方程组，求得曲面不光顺区域控制点的位移量，根据曲面不光顺区域控制点对曲面不光顺区域影响程度对各控制点的位移量进行平滑处理，得到经过局部光顺后的新曲面控制点。 提出了一套直观、有效的、基于曲率单调均匀变化约束的平面B样条曲线光顺算法。在总结出平面曲线光顺准则必须考虑曲率单调变化和曲率变化的均匀性基础上，以曲线段离散点列能量最小及和原始曲线误差最小为目标函数，以能反映设计意图的目标曲率云图所提供的信息(各曲线段曲率单调变化趋势)
吴小刚[5]2012年在《几何造型技术中逆向柔性曲面重构技术研究》文中研究表明几何造型技术中逆向工程作为吸收先进技术、缩短产品创新设计与制造周期的重要技术已成为制造业关注的热点。曲面重构技术是逆向工程研究的核心问题之一,几何实体重构中重建曲面质量的好坏,直接决定了逆向工程系统的可操作性及其实用性。如何提高几何造型技术中曲面重构的质量是本论文研究的重点。本文对几何造型技术相关理论和方法进行了探索。分析了几何造型中曲面重构技术的理论基础,重点分析了NURBS曲线曲面、Bezier曲线曲面、B样条曲线曲面等基本理论；分析了曲线曲面重构的基本算法。定义了几何造型系统中曲线曲面的数据结构。本文针对叁维扫描数据点的曲面重构技术在实际系统中采用通用曲而建模方法而产生的问题进行了分析,提出了一种基于逼近理论的柔性曲面构造方法,对通用曲面建模方法作了算法上的改进,该方法生成的曲面图形具有较好的显示效果。同时,针对曲线曲面拟合过程中,为提高曲面造型效果及运算速度,需控制拟合曲面的误差值和相关控制顶点数的大量增加。按通常的逼近方法,会使控制点数大量递增,然而通过本文所采用的柔性节点的选择控制,没有出现该现象。该方法减少了软件系统处理的数据量,并在实际系统应用中得到了验证。曲面蒙皮技术是通过截面线构造出平滑曲面,由于截面线节点矢量和控制点数可能存在差异,格式及其阶次的不确定性,使所得到的蒙皮曲面会有多种预料不到的形状。为了保持曲面形状的平滑和柔顺,在拟合曲面之前,经曲线兼容,取得格式的一致性,该过程需处理大量的数据,影响运算效率,曲面的蒙皮处理过程还可能出现一些几何形状的变异以及参数化问题等等。针对这些问题本文提出了一种改进的曲面蒙皮重构方法。该算法通过节点矢量柔性选择,使得蒙皮曲面的参数化过程不受每行截面数据不同分布的影响,有效地减少了控制顶点数。在曲线曲面软件造型系统中,通过调用OpenGL函数库,结合VC++编程语言,实现了本文提出的基于逆向几何造型技术柔性曲面逼近算法以及柔性曲面蒙皮算法,在造型系统中同时具备交互叁维编辑功能,及曲线曲面、数据点的拾取功能,加上光顺处理功能,可以获得较好的图形效果,说明了上述算法的有效性。
杨志高[6]2012年在《基于Nurbs曲面的地下叁维数据模型研究》文中进行了进一步梳理叁维数据模型是叁维地理信息系统研究的基础,以面片表示叁维地层模型是地质环境叁维地理信息系统研究的一项重要内容。由于多项式曲面等数学解析曲面的表现形式对于复杂的地质情况无法准确表示,甚至无法表示出来,而拟合曲面要准确表示地层情况会使得拟合次数太高而难于计算,同时有些插值逼近的曲面不会通过预先给定的地层控制点而降低拟合精度。多层TIN或多层DEM表示的地层面片虽然在模型精度表示上有较大的提高,但是带来的问题是数据量极其庞大,在数据的存储和分析方面受到很大的制约。针对这些问题,本文提出了将Nurbs(非均匀有理B样条曲面)作为地层曲面模型表示的统一表现形式,并引入到地层叁维数据模型中。Nurbs曲线曲面具有明显的几何解释,计算速度快并且稳定,而且具有透视、反射投影不变性,同时具有强的凸包性。将Nurbs优良的性质引入到叁维数据模型中,能简化叁维数据结构,并能得到较好的结果。利用Nurbs曲线、曲面以及叁参数实体模型建立叁维数据模型,得到统一的GIS叁维数据结构,在此基础上能更好地建立叁维地理信息系统。本文的主要研究工作与创新点如下：1分析了利用Nurbs表达地层曲面的可能性和必要性,提出了适应于Nurbs表示的地层分层的方法和过程,并给出了根据钻孔数据的特征对地层进行分层的方法；2提出了应用Nurbs曲面模型来表达地下环境叁维数据模型的统一的表达方式,对空间对象分别采用Nurbs参数曲面来表达；并分析了几种用于Nurbs曲面模型的数据插值加密方法,通过插值结果得出自反射分形插值对钻孔数据在水平和垂直方向都有比较好的结果,适合于地层本身的自反射分形特征,特别是数据量小的情况下分形插值较其他几种方法能保持地层的自反射分形结构,插值速度也优于所分析的其他几种方法；3建立了基于Nurbs(非均匀有理B样条曲面)的地层叁维曲面模型,对空间对象点、线、面的Nurbs统一模型进行了构建,并提出利用叁参数Nurbs实体模型来表达实体,使得Nurbs曲面模型除了能表示对象的边界以后,也能按照Nurbs的统一表达方式能表达对象的内部；4对建立的Nurbs曲面模型,设计了模型的存储结构,以及各种空间对象模型拓扑关系,针对Nurbs曲面模型的强凸包的特点,拓展了空间对象相邻的概念,这种相邻关系的描述适应Nurbs曲面的权因子的变化对曲面模型对象间关系的影响；5推导了Nurbs地层模型的空间计算与分析方法及公式,重点建立了曲面上曲线长、曲面面积、体积的Nurbs计算过程与方法,并对计算结果进行了实验；给出了曲面模型的剖面切割运算以及“挖坑”计算过程；6提出了对几种特殊的地质对象的Nurbs建模方法,并对曲面模型的地层表面纹理进行了分析,给出了曲面分形纹理的建立过程与方法,分形纹理能很好的表现地层的粗糙度,对表现地层表面具有很好的效果；本文得出了基于Nurbs的地下环境叁维数据模型的整体结构以及模型的构建和计算,实验证明这种模型与其他模型相比具有模型简单、低存储和高效的运算效率,对地下环境提供了统一的模型表达方式。
王国勋[7]2013年在《基于STEP-NC的开放式数控系统若干关键技术研究》文中研究表明随着数控技术的快速发展,开放化、智能化、标准化、网络化、高速高精度已成为数控系统发展的主要趋势。然而,目前的数控系统仍然使用IS06983(G、M代码)作为NC编程的数据接口,这种编程接口不包含除刀具运动信息以外的任何其他信息,已成为阻碍制造系统信息集成的瓶颈,严重制约着数控系统乃至制造业的发展。为此,新的数控编程接口标准STEP-NC被提出,它是STEP标准向数控加工领域内的扩展,其核心思想是实现了产品信息描述的标准化与完整性。STEP-NC的出现,不但为实现智能化、柔性化和开放式的CNC系统奠定了基础,而且也为CNC系统与其它系统间的信息交流和共享提供了条件。随着STEP-NC的不断发展与完善,如何将STEP-NC标准应用在数控系统的开发中,以及如何实现STEP-NC相关技术,克服IS06983的缺点,满足先进数控系统的发展需求,仍然是目前数控加工领域内待解决的问题。本文基于STEP-NC数据模型,从开放式智能化数控系统体系结构入手,对STEP-NC数控系统相关关键技术展开了深入研究,并通过仿真、实验和综合分析对所研究的方法、技术进行了验证,为STEP-NC数控系统的构建提供了理论基础,为STEP-NC相关技术的实现提供了技术基础。全文的主要研究内容如下：(1)论述课题研究的背景及STEP-NC数控系统关键技术国内外发展现状,通过分析当前数控系统存在的问题,以及STEP-NC对数控技术乃至制造业的影响,指出研究新型的基于STEP-NC的开放式数控系统及其关键技术的必要性和前沿性。(2)针对STEP-NC数控系统的开放性问题,分别从硬件系统、软件系统、数据模型等叁个方面进行解决。采用“PC+运动控制器”的嵌入式双CPU硬件体系结构来解决硬件系统的开放性问题；采用基于调度软件的分层体系结构,来解决软件系统的开放性问题,并简化数控系统的开发工作。采用STEP-NC数据模型来构建数控系统,从数据模型层面解决数控系统的开放性问题。(3)针对NURBS曲线直接插补中存在的进给速度波动问题,采用自适应修正插补算法对插补点的计算精度进行控制,并对插补过程进行了仿真,结果表明该算法在保证插补周期的前提下减小插补进给速度波动率,提高插补精度；针对NURBS直接插补进给速度规划过程中所存在的计算复杂、计算量大的问题,采用基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法,减小实时插补周期计算任务量,从而提高插补实时性,获得更加光滑的进给速度曲线。(4)针对复杂参数曲面五轴加工刀具路径规划过程中所存在的计算量大、加工效率低以及加工精度不一致等方面的问题,采用基于等照度线的刀具路径规划方法,一定程度上减小了计算量,提高了规划效率和精度。采用基于坐标变换的五轴加工刀具干涉检测方法,解决传统的距离检测法所存在的计算量大,效率低的问题,大大减少了检测过程中的计算量,提高了加工效率。(5)针对NURBS曲线曲面求值求导计算复杂,计算量大的问题,采用基于B样条基函数系数矩阵的NURBS快速递推算法,从而减小了NURBS的曲线插补算法和刀具路径规划算法中所涉及的NURBS大量求值求导计算量,提高了插补器的性能。(6)建立STEP-NC数控加工程序的可加工性评价体系,判断目标机床是否具备加工的条件。在此基础上,采用参数自适应协同粒子群优化算法对加工参数进行多目标优化,有利于发挥机床的最大性能,同时提高加工效率、降低加工成本。
顾玉娜[8]2007年在《整体叶轮的曲面造型及五轴数控加工》文中进行了进一步梳理整体叶轮是一类典型的自由曲面零件,它的设计和制造精度直接决定了其工作效率。由于国外的叶轮加工专用软件价格昂贵并且通用性差,令大多数厂家难以承受。所以编制自主产权的CAD/CAM软件是解决叶轮精确加工的最好办法。本课题主要研究压气机整体叶轮的CAD/CAM技术,目的就是实现叶轮的五轴联动数控加工。本文主要研究方向为叶轮复杂曲面的NURBS造型方法和特殊结构五轴机床的后置处理。主要内容有:讨论了五轴联动加工原理,从几个方面分析了整体叶轮五轴联动加工的必要性。分析了整体叶轮的结构特点,从气动性方面总结了叶轮叶片复杂曲面造型的要求,深入研究了自由曲面拟合的NURBS方法,并用Matlab编制了NURBS曲面造型通用程序,只需输入指定格式的型值点数据就可以生成任意阶次NURBS自由曲面。介绍了IGES标准,编程实现了程序计算结果向IGES文件的转换,最后实现了造型结果在UG界面的可视化,并用基于曲率和基于光照的方法对曲面进行了质量分析,验证了造型方法的优越性。分析了整体叶轮数控加工的关键问题和五轴加工工艺,讨论了整体叶轮的刀轨生成方法,并对加工中的干涉和碰撞问题进行了研究。分析了任意结构五轴机床的后置处理算法和通用后置处理系统原理,并基于UG/Poster Builder对HSM600U五轴数控机床进行了后置处理。最后,概括论述了本文的主要研究结论,指出了需要进一步完善和改进的内容,并对以后的研究作了展望。
董云风[9]2006年在《基于NURBS曲面的逼近及数控加工技术的研究》文中提出本文针对曲线曲面造型及数控加工编程的要求,首先对由型值点定义的自由曲线曲面进行基于NURBS曲线和曲面的反求计算。然后采用等参数法离散NURBS曲面得到NURBS曲线组,进而在二分法和最小二乘法的基础上对NURBS曲线进行直线和圆弧的逼近,并生成数控加工代码。最后以MATLAB语言为算法核心、以VB6.0为平台,开发了曲线曲面造型及逼近的数控加工编程预处理系统,通过实例验证了该曲线曲面造型方法、逼近算法及数控加工代码生成方法的正确性。
余国鑫[10]2008年在《逆向工程曲面重建技术的研究与应用》文中研究说明现有逆向工程过程包括实物表面数字化、数据预处理、点云分割、曲面重建等环节,且各个环节中的关键难题仍是目前研究热点。曲面重建是逆向工程中最为关键的环节之一,其处理速度和质量最终制约着下游的CAD再设计等作业进程。在当前基于实物的逆向工程中,根据逆向工程CAD建模系统曲面造型的特点不同,实现曲面模型重建的方式大致可以分为两类:传统曲面造型方式和快速曲面造型方式。传统曲面造型方式遵从典型的逆向工程流程,即点一线一面,它藉由使用Bézier和NURBS曲面直接由曲线或测量点来创建曲面。而快速曲面造型方式则是通过对点云的网格化处理来实现的。一个完整的网格化处理过程通常包括以下步骤:首先,从点云中重建出叁角网格曲面;再对这个叁角网格曲面分片,得到一系列有四条边界的子网格曲面;然后,对这些子网格逐一参数化;最后,用NURBS曲面片拟合每一片子网格曲面,得到保持一定连续性的曲面样条,由此得到用NURBS曲面表示的CAD模型,可以用CAD软件进行后继处理。高级曲面处理目的是要对模型的美学要求和工程设计的意图进行分析,从而开发出高质量表面。遗憾的是,使用传统曲面造型方式进行曲面重建需要大量建模时间的投入和熟练建模人员的参与,特便是在要求构建A曲面时。快速曲面造型方式的引入正是为了要克服上述的缺点。然而,快速曲面造型方式也存在一些不足:曲面对点云的快速适配需要使用高阶NURBS曲面(而相同的情况下,传统曲面造型方式只需要低阶曲面);面片之间难以实现曲率联系,造成产品制造应用上的限制。由此,本文首先对上述两种典型逆向工程曲面重建方式的理论与应用进行了研究,而后在此基础上提出了一种结合两种曲面造型方式优势的混合曲面造型方式。该方式先应用快速曲面造型方式对点云进行多边形网格化处理,提取出符合NURBS曲面模型所采用的四边形域参数曲面面片网格模板,而后在传统的逆向建模CAD系统中应用传统曲面造型方式进行处理,并重建出曲面模型。使用这种方式,可以克服快速曲面造型方式不易实现曲率连续的不足,又可以降低使用传统曲面造型方式进行曲面重建提取特征线的难度,加快曲面重建的进程。本文的另一部分工作是混合曲面造型方式的应用,结合典型工程实例,对其在曲面重建上的应用进行了有益的尝试。
参考文献：
[1]. 曲面造型中NURBS曲面曲线离散及显示算法的研究与实现[D]. 高斌. 浙江大学. 2002
[2]. NURBS方法的近似计算及权因子作用的研究[D]. 潘小群. 武汉科技大学. 2004
[3]. NURBS复杂自由曲面造型方法的研究[D]. 陈燕丽. 长安大学. 2014
[4]. 曲线曲面质量检测与修正方法研究[D]. 高斌. 浙江大学. 2005
[5]. 几何造型技术中逆向柔性曲面重构技术研究[D]. 吴小刚. 电子科技大学. 2012
[6]. 基于Nurbs曲面的地下叁维数据模型研究[D]. 杨志高. 中南大学. 2012
[7]. 基于STEP-NC的开放式数控系统若干关键技术研究[D]. 王国勋. 东北大学. 2013
[8]. 整体叶轮的曲面造型及五轴数控加工[D]. 顾玉娜. 华中科技大学. 2007
[9]. 基于NURBS曲面的逼近及数控加工技术的研究[D]. 董云风. 华北电力大学（河北）. 2006
[10]. 逆向工程曲面重建技术的研究与应用[D]. 余国鑫. 广东工业大学. 2008
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