自由形状特征的重用与抑制

论文摘要

随着现代工业的发展,由平面和二次曲面表示的传统规则特征已远远不能满足现代工业产品设计在功能和外形上的要求,自由形状特征在产品设计中的应用日益广泛与深入。应用自由形状特征,设计者可以设计出高度自由,更加多样化的产品模型,以满足目前工业设计的需求。相对传统意义上的特征而言,自由形状特征具有几何元素更加复杂,自由度更多的特点。自由形状特征的这些特点使研究人员在研究自由形状特征建模与处理时遇到了许多困难,诸如自由形状特征的表示,参数化,识别和重用等等。本文针对目前自由形状特征建模与处理中存在的若干问题开展研究工作,主要研究内容及成果有以下几个方面:1、提出一种基于NURBS表示的自由形状特征的重用方法通过对NURBS曲面微分属性的分析,提出了一种保微分几何属性的自由形状特征重用算法。该算法除了能够保持特征的微分几何属性之外,还能够确保特征与目标曲面之间很好的连续性,确保重用后的特征能够很好地适应目标曲面的几何形状。2、提出一种基于NURBS表示的自由形状特征的抑制方法通过分析影响NURBS曲面的微分几何属性的因素,提出了一种NURBS表示的自由形状特征抑制算法。该算法从特征周围的几何形状中获取相关的几何信息来重构光滑曲面,使得抑制后特征区域的几何形状尽可能与周围几何形状相适应。3、提出一种基于层次B样条表示的自由形状特征的重用方法通过分析层次B样条在自由形状建模方面的优势,提出了一种层次B样条表示的自由形状特征重用方法。该方法只需对目标曲面做局部修改,大大降低了重用后目标曲面的复杂度,并能很好地支持特征重用时任意角度的旋转操作。4、提出一种基于网格表示的自由形状特征抑制方法通过分析网格模型的微分属性及网格上的微分算子的几何意义,提出了一种网格表示的自由形状特征抑制算法。该算法从特征周围的网格上获取微分几何信息,利用微分几何信息来构建新的网格替代特征区域的网格。该算法鲁棒高效,并能产生精确的抑制结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 CAD技术
• 1.2 特征造型技术
• 1.2.1 特征造型的基本概念
• 1.2.2 传统特征造型技术
• 1.2.3 特征造型技术的新进展
• 1.3 自由形状特征造型
• 1.3.1 自由形状特征的基本概念
• 1.3.2 自由形状特征的参数化
• 1.3.3 自由形状特征的生成与识别
• 1.4 自由形状特征的重用与抑制
• 1.4.1 自由形状特征的重用
• 1.4.2 自由形状特征的抑制
• 1.5 自由形状特征重用与抑制存在的问题
• 1.6 本文的研究目标与研究内容
• 第2章 NURBS表示的自由形状特征重用
• 2.1 引言
• 2.2 保微分属性的自由形状特征重用策略
• 2.2.1 目前的自由形状特征重用策略
• 2.2.2 保微分属性的自由形状特征重用策略
• 2.3 泊松方程
• 2.3.1 基本插值方法
• 2.3.2 基于能量最小化的插值方法
• 2.3.3 带有导引场的插值算法
• 2.4 面向重用的自由形状特征的表示
• 2.4.1 NURBS曲线曲面的局部支撑性
• 2.4.2 CCPS和PCPS的确定
• 2.4.3 自由形状特征的表示
• 2.5 NURBS表示的自由形状特征重用算法
• 2.5.1 曲面升阶
• 2.5.2 源PCPS的确定
• 2.5.3 节点插入
• 2.5.4 目标PCPS的确定
• 2.5.5 源PCPS的梯度场计算与编辑
• 2.5.6 更新目标PCPS坐标
• 2.6 实验结果
• 2.7 本章小结
• 第3章 层次B样条表示的自由形状特征重用
• 3.1 引言
• 3.2 相关概念
• 3.2.1 层次B样条及其特点
• 3.2.2 层次B样条的构建
• 3.3 层次B样条表示的自由形状特征重用
• 3.3.1 确定特征区域
• 3.3.2 NURBS表示的自由形状特征抑制
• 3.3.3 偏移矢量场的生成
• 3.3.4 粘贴区域的确定
• 3.3.5 目标曲面特征的生成
• 3.4 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 网格表示的自由形状特征抑制
• 4.1 引言
• 4.2 基本概念
• 4.2.1 与网格相关的基本概念
• 4.2.2 网格上的微分算子
• 4.2.3 与孔洞相关的基本概念
• 4.3 孔洞填充算法
• 4.3.1 孔洞的识别
• 4.3.2 初始补丁面的生成
• 4.3.3 法向估算
• 4.3.4 基于泊松方程的补丁面重建
• 4.4 实验结果
• 4.5 算法在网格模型简化中的应用
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间主要的研究成果
• 致谢