反求工程中散乱数据点的三角剖分方法研究与实现

论文摘要

随着现代设计和制造技术以及计算机技术的发展，反求工程在机械、汽车、模具等工程领域获得了越来越广泛的应用。散乱数据点的三角网格剖分是反求工程中的第一个重要环节，是进行后续曲面重构的前提和基础。同时伴随激光和三坐标测量机等三维数据采样技术和硬件设备的日益完善，计算机图形显示对于真实性、实时性和交互性要求的日益增强及CAD／CAM或者其它快速成型技术的需求，三角形网格生成与简化成为三维模型重建这一研究领域的热点之一。本文密切根据反求工程中新一代高性能曲面重构技术的需求，研究了散乱数据点的三角化算法并给予了实现。本文主要工作如下：◆对反求工程和三角剖分的概念和研究概况进行了介绍，同时结合课题对几种常用的三角剖分方法进行了研究和分析。◆基于Delaunay三角化技术，研究一种改进的平面域内三角网格生成算法。此算法具有运行快速，构造网格质量好、区域适应性强等优点。算法包括对散乱数据点排序、三角剖分及网格优化处理等，最后给出的实例也说明了该算法的可靠性和实用性。◆实现一种新的基于边界扩展的3D三角剖分方法，该方法先构造种子三角形，通过连接已剖分网格区域的边界边与最优扩展点来形成三角形网格从而向外扩展。该法可以对带有内孔等其他非凸壳的复杂曲面对象点云直接进行三角剖分，无需人工分区。实际应用表明采用该法可以快速、有效地从三维数据点集建立几何模型。◆在前面算法的基础上，集成并设计出三角剖分系统Triangulation V1.0，该系统采用面向对象软件开发方法，系统地给出了软件系统的功能、结构和实现方法，并针对CAD／CAM软件的发展趋势，采用流行的Visual C++、OpenGL来开发本试验软件，为高性能三角剖分软件开发奠定初步基础。在本文所开发的软件上进行初步试验，系统运行正常，基本达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 反求工程简介
• 1.2 研究工作背景
• 1.3 点云三角剖分的有关概念
• 1.4 散乱数据三角剖分的研究意义及应用范围
• 1.5 本课题研究内容及结构
• 1.6 本章小结
• 第2章 空间散乱点集三角剖分的研究现状及分析
• 2.1 概述
• 2.2 空间散乱数据三角剖分典型算法
• 2.2.1 局部投影法
• 2.2.2 Choi算法
• 2.2.3 α形法
• 2.2.4 场函数法
• 2.3 目前在三维散乱数据三角剖分研究领域存在的问题
• 2.3.1 在剖分思路上的缺陷
• 2.3.2 在算法效率上的缺陷
• 2.4 本章小结
• 第3章 平面区域内散乱数据三角剖分算法研究
• 3.1 问题描述及分类
• 3.2 平面上散乱数据三角剖分预备知识
• 3.2.1 平面三角剖分定义
• 3.2.2 平面三角剖分基本理论
• 3.3 平面域内基于结点插入的Delaunay三角化法
• 3.3.1 算法原理
• 3.3.2 网格优化
• 3.3.3 算法步骤
• 3.3.4 应用实例
• 3.4 本章小结
• 第4章 一种基于边界扩展的3D数据点三角剖分算法
• 4.1 概述
• 4.2 本章中需用到的几个定义
• 4.3 算法思路
• 4.4 关键算法的数据结构及主体程序实现
• 4.5 主要算法的实现
• 4.5.1 算法描述
• 4.5.2 主体三角剖分
• 4.5.3 边扩展算法
• 4.6 本算法的几个特征
• 4.7 三角剖分满足的一些情形
• 4.8 孔洞点云数据生成网格
• 4.9 本文算法精度及时间复杂度分析
• 4.10 应用实例
• 4.11 本章小结
• 第5章 软件系统的设计与开发
• 5.1 软件的基本功能介绍
• 5.2 开发平台简介
• 5.3 软件系统的整体结构
• 5.3.1 总体功能框架图
• 5.3.2 软件界面设计
• 5.4 软件系统的数据结构设计
• 5.5 本章小结
• 第6章 应用实例
• 6.1 应用实例
• 6.2 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 研究总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文