反求工程中切片数据处理及断面特征曲线全局优化技术.pdf

在当前的反求工程（Reverse Engineering）领域，针对基于特征的建模方法，平面切片数据特征处理技术的研究和应用相对较少。本研究旨在填补这一空白，通过研究并实现处理切片数据的离散曲率分析、数据分段、特征识别和基于连续性约束的断面特征曲线全局优化技术，以期获得最小化数据点逼近误差的断面特征曲线。该技术的应用实例证明，通过点云切片和断面特征曲线全局优化技术进行反求工程曲面模型重建，能够显著提升曲面重建的效率和曲面的质量。 需要明确反求工程的目标已经从单纯的曲面模型重建，转变为识别并提取出原始点云数据中的特征，并在此基础上挖掘出蕴涵的设计意图，实现以正向设计方法进行特征曲面的约束重建，并获得参数化表达的反求工程模型。目前，基于特征的反求工程建模方法已成为该领域的研究热点，许多曲面特征的识别、提取及约束优化技术的研究已经较为广泛和深入。应用这些技术，可以从点云数据中分离出二次曲面、过渡曲面特征以及拉伸、旋转等简单自由曲面特征，并获取其特征参数。 然而，提取出的信息还缺少相应的断面线信息，如拉伸曲面特征除了提取出拉伸方向外，还缺少拉伸母线，旋转曲面特征同样缺少旋转母线。这些母线的获取需要进一步对点云数据进行切片，并对平面切片数据进行处理来生成。对于无特征参数的纯自由曲面，直接基于点云的曲面拟合重构效果并不理想，更常用的方法是用一组平面对点云切片，通过对切片数据处理获得的一组断面曲线，最后基于断面曲线组蒙皮实现曲面拟合重构。 平面断面数据特征处理方面的研究目前还缺乏深入系统的研究，技术发展落后于基于点云数据的曲面特征处理技术，这在一定程度上制约了特征技术在反求工程中的应用。曲线是构建曲面（特别是各种自由曲面）的基础，如拉伸、旋转、扫成和蒙皮等曲面生成时都需要一条或多条曲线，这些曲线可能是空间曲线，但多数情况下是由直线、圆弧和B样条等特征曲线组成的平面曲线。 现有的断面数据处理方法中，普遍采用断面数据整体进行B样条曲线拟合的方法生成断面曲线，然后将一系列的断面线用于蒙皮实现曲面重构。尽管该方法易于实现，但它难以充分表达断面中的各种特征，导致难以实现曲面模型的特征表达并反映设计意图，影响模型的精度和建模效率。针对断面曲线特征表达和约束表达方面，相关学者已进行了一定的研究，但整体约束优化方面缺乏系统性研究。因此，有必要对平面断面（切片）数据进行系统研究，对其特征曲线的构成、特征及约束表达和整体约束逼近技术进行深入探讨，这对于实现基于特征的反求工程精确建模和提高建模效率具有重要意义。 在反求工程处理的数据对象方面，主要包括接触式测量的扫描线数据、深度图像数据和断层轮廓数据等。随着激光测量技术的快速发展，大规模点云数据已经成为反求工程的主要研究对象。基于特征的反求工程建模方法对点云数据进行处理时，首先要进行离散曲率分析，然后识别并分离出各种曲面特征，最后进行特征曲面重建。为了重建拉伸、旋转、扫成和蒙皮等曲面特征的断面线，需要对点云数据进行切片计算获取断面数据。在进行点云数据切片时，切片平面可以根据曲面特征提取时提取出的拉伸方向、旋转方向等相关参数来确定，切片数据用扫描线（多义线）的方式来表达。然而，测量或切片的断面数据中都可能包含各种噪声数据，它们的存在将影响重建模型的质量。因此，断面数据的预处理以及有效去除噪声成为提高曲面模型重建质量的关键步骤。 本研究强调了反求工程中切片数据处理及断面特征曲线全局优化技术的重要性，通过实例验证了技术的可行性和有效性，并指出在该领域进一步研究的必要性和方向。随着技术的不断进步和研究的深入，可以预见反求工程中平面切片数据特征处理技术将得到更广泛的应用，推动相关领域的发展与创新。