基于三维扫描输入的鞋楦建模和变形技术研究及实现

论文摘要

鞋楦是整个制鞋过程中必不可少的模具,优化鞋楦的设计对整个制鞋过程有着重要意义。为了满足鞋楦设计,本文提出通过对三维扫描鞋楦数据的预处理,得到数字化三维鞋楦模型,对该模型进行曲面生成和变形等设计,将处理完成后的鞋楦数据输出到快速成型机生产出鞋楦,从而实现了不同需求的定制。三维鞋楦模型数字化是实现三维鞋楦建模的第一步。本文第二章描述了鞋楦数字化模型获取、模型表示及特征识别。通过三维扫描获取点云数据,利用Geomagic工具将点云数据转化为三角网格模型,并以指定的文件格式保存。鞋楦CAD系统读入扫描鞋楦数据文件,通过特征识别,得到具有正确特征信息的扫描鞋楦模型。三维鞋楦模型建构是鞋楦设计的基础。预处理得到的鞋楦模型是以三角网格形式连接的散乱数据点集,不利于鞋楦变形等处理,需要将其转换为具有规则网格结构的三维鞋楦模型。论文第三章提出一种基于截面环的三维鞋楦建模技术,并详细阐述了模型曲面生成的整个过程,包括三维鞋楦模型曲面的分片生成、曲面拼接、表面光顺处理、表面误差控制等环节。建模后的鞋楦既保持了原始模型的表面特征,又能够极大地提高鞋楦变形处理的算法效率。三维鞋楦模型的变形处理是鞋楦设计的关键。第四章论述了基于特征尺寸、模板和草图三种驱动方式的鞋楦变形技术。基于特征尺寸驱动的鞋楦曲面变形以提取的特征尺寸驱动模型进行参数化变形。基于模板驱动的鞋楦曲面变形利用标准模型进行插值而进行变形。基于草图驱动的鞋楦曲面变形是以约束关系为基础,通过拖动草图上的控制点来驱动鞋楦模型变形。基于上述研究内容,本文开发了一个鞋楦CAD系统。论文第五章介绍了该系统的开发环境、工作流程,同时给出了上述研究工作的实例。最后,对项目课题研究的发展前景从技术上和应用上作了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及概述
• 1.2.1 国外鞋楦CAD发展现状
• 1.2.2 国内鞋楦CAD发展现状
• 1.2.3 鞋楦CAD发展方向
• 1.3 研究思路
• 1.4 研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 基于三维扫描的鞋楦模型数字化
• 2.1 引言
• 2.2 三维鞋楦描述
• 2.3 三维鞋楦数据的获取及表示
• 2.3.1 三维鞋楦点云数据获取
• 2.3.2 三维鞋楦点云数据到网格转换
• 2.3.3 三维鞋楦模型的三角网格表示
• 2.4 三维鞋楦模型特征识别
• 2.4.1 三维鞋楦模型预处理
• 2.4.2 鞋楦特征点、特征线的定义
• 2.4.3 鞋楦自动特征识别过程
• 2.5 本章小结
• 第3章 三维鞋楦的曲面生成
• 3.1 引言
• 3.2 三维鞋楦曲面的分片生成
• 3.2.1 三维鞋楦模型表面的区域划分
• 3.2.2 基于区域的鞋楦子面片生成
• 3.3 三维鞋楦模型曲面的拼接
• 3.4 三维鞋楦模型的表面光顺
• 3.5 三维鞋楦模型重建误差控制
• 3.6 本章小结
• 第4章 三维鞋楦的曲面变形
• 4.1 引言
• 4.2 基于特征尺寸驱动的鞋楦曲面变形
• 4.2.1 特征尺寸提取
• 4.2.2 特征尺寸驱动
• 4.3 基于模板驱动的鞋楦曲面变形
• 4.4 基于草图驱动的鞋楦曲面变形
• 4.4.1 草图轮廓的生成
• 4.4.2 草图轮廓中的约束
• 4.4.3 基于约束的草图驱动
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统框架与技术实现
• 5.1 引言
• 5.2 系统框架简介
• 5.3 相关技术实现
• 5.4 鞋楦快速成型
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢