基于三视图的三维实体分级重建方法研究

论文摘要

二维三视图是工程界共同的技术语言,它在表达产品设计思想,编制工艺流程与技术交流等方面发挥着重要的作用。长久以来,对图纸的分析、阅读与绘制工作一直依靠人力完成,难以适应当前CAD/CAM新技术的发展和要求。由三视图重建三维实体是计算机辅助设计与计算机图形学领域中的重要研究方向。经过多年来的研究,已经提出了很多种重建方法,虽然这些方法各有特点,但离实际应用还有一段距离。 本文对比研究了由三视图重建三维实体的自底向上与模型引导等多种现有的主要算法,探讨了基于图形尺寸信息和基于图形几何形体信息的计算机基元体分层识别技术,并从实用的角度出发,提出了一种按照先虚体后实体,先旋转体后拉伸体的优先次序,由计算机分级识别和重建三维实体的方法,从特征模型和边界模型两种角度复合地理解形体,兼有模型引导法和自底向上法的优点。既避免了自底向上算法中的多解情形,又具有较高的效率。 在上述研究的基础上,设计了一种由三视图重建三维实体的新的实施方案。以DXF格式文件作为三视图数据输入的统一格式,设计了用于表达特征信息的数据结构,以此来反映图元与图元之间的关系,并根据所提出的三维实体的分级识别与重建方法实现三维重建。 为了验证本文所提出的分级重建方法和所设计的新的实施方案,以AutoCAD为平台开发了一个三维重建的计算机软件原型工具,并结合一些实例进行了初步验证。结果表明本文提出的方法和设计的方案在处理柱面体、拉伸体及它们的组合体的重建问题上是行之有效的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 三维重建技术的重要意义
• 1.2 三维重建技术的应用
• 1.2.1 三维重建技术在CAD/CAM中的应用
• 1.2.2 三维重建技术在人工智能领域中的应用
• 1.2.3 三维重建技术在教学中的应用
• 1.3 三维重建技术的研究现状及发展
• 1.3.1 自底向上法
• 1.3.2 模型引导法
• 1.3.3 自顶向下法
• 1.3.4 基于专家系统的重建方法
• 1.4 本文的主要内容与主要工作
• 2 图形的前置处理
• 2.1 三维重建的理论基础
• 2.1.1 人工读图的基本原理
• 2.1.2 三维形体的构成方式
• 2.1.3 三维重建的基本原理
• 2.2 二维数据文件格式的统一
• 2.2.1 DXF文件总体结构
• 2.2.2 组代码和跟随值
• 2.2.3 DXF接口程序设计
• 2.2.4 编程实现图形信息提取
• 2.3 视图轮廓信息和封闭图形信息自动提取的原理
• 2.3.1 视图轮廓信息自动提取方法分析
• 2.3.2 封闭图形信息自动提取方法分析
• 2.3.3 共切线多圆弧路径的走向判断
• 2.4 视图的分离
• 2.5 视图坐标转换
• 2.5.1 投影原点的确定
• 2.5.2 设置空间投影坐标轴
• 2.5.3 坐标系的变换
• 2.6 三视图数据结构设计
• 2.6.1 数据结构的设计要求
• 2.6.2 三视图的数据结构
• 3 特征识别
• 3.1 三视图工程图样的内容
• 3.2 基元体的特征表示
• 3.3 图样信息的集成
• 3.4 基元体分层识别技术
• 3.4.1 基于尺寸信息引导的简单特征基元体识别
• 3.4.2 基于尺寸信息引导的一般特征基元体识别
• 3.4.3 基于图形信息引导的复杂特征基元体识别
• 3.5 实体虚实性判别
• 3.6 基元体的组合
• 4 三维实体的分级重建方法
• 4.1 虚实体的构造
• 4.1.1 面匹配元素的搜寻
• 4.1.2 孔的体积的构造
• 4.1.3 槽的体积的构造
• 4.2 实实体的构造
• 4.2.1 特征实体的构造
• 4.2.2 构造基本实体
• 4.3 扩大形体覆盖域的探讨
• 4.3.1 引入模式识别的方法来重够内部实体
• 4.3.2 引入自底向上的重建方法重建内部实体
• 5 三维重建系统的构造与应用实例
• 5.1 三维重建系统结构
• 5.2 在CAD系统上开发三维重建系统
• 5.2.1 利用Visual C++创建程序
• 5.2.2 AutoCAD系统的二次开发
• 5.3 实例
• 6 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
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