快速原型制造中大尺寸模型的智能分割算法研究

发布时间：2020-12-23 02:17

　　模型分割技术可解决待加工模型或零件因结构复杂、体积过大（超出材料尺寸或设备加工范围）等造成的整体加工困难、材料利用率低等问题,同时可以有效地降低加工设备要求、提高生产效率。针对巨型三维模型的快速原型制造而言,模型分割的目标不是单纯地把大模型分割成尺寸符合加工要求的小模型,而是要将大尺寸复杂模型分割成形状简单、尺寸适中、方便加工和装配的子模型,以提高快速成型设备的加工能力和效率。针对快速成形系统的通用数据接口--STL模型,存在大量数据冗余且没有拓扑信息,无法直接进行表面曲率分析的问题,分析了三维模型的形体表达法与数据表示,使用Hash表算法对模型面片顶点进行了归并,研究了基于正向边结构的拓扑重构,构建了适用于边曲率分析的数据结构。针对点曲率分析计算复杂,聚类和迭代运算量大的问题,研究了基于边曲率分析的特征边界提取算法。使用二面角、周长比和凸凹性三种曲率参数对模型表面进行曲率分析,提取信息直指可用于模型分割的特征边界。在此基础上,研究了基于遗传算法的特征边阀值选取,以最大类间方差作为适应度函数,该方法提取的特征边数目比预设阀值法减少了一半以上,且有效的特征边界都得以保留。针对提取出的特征... 

【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

不同类型的大尺寸三维模型

图 1-1 不同类型的大尺寸三维模型Figure 1-1 Different types of large-scale 3D models影响大尺寸模型分割制造的质量和效率的另外一个重要因素是子模型的装配问题。模型装配就是将分割制造出的子模型按照彼此之间的匹配关系组装起来，并经过固定和调试使之成为最终模型的过程[33]。其中，装配结构的设计是保证装配质量、提高模型分割制造效率和精度的关键环节。在汽车制造、电子工业乃至航空航天业，装配设计一直以来都是非常重要的研究课题，通过装配结构来对零部件进行定位和加固，保证装配体的机械性能[34](如图 1-2 所示)。

1 绪论拓扑结构，所以其分割算法也相对简单。早期的分割研究工作主要是针对二维图像和图形进行分割，而后一些较为成功的算法被逐步推广到三维空间模型，如：分水岭算法、K 均值算法、模糊聚类算法、均值漂移算法、以及区域增长算法等[41-45]。另外一些考虑几何与拓扑信息的曲率和特征分析算法得到了研究与应用，如：高斯曲率平均曲率、特征角和测地距离度量、体素分解、骨骼提取、拓扑关系图等[46-50]。下面对目前几类典型模型分割算法的国内外研究工作进行简要介绍和分析。士学位论文全文数据库 2011年 第08期 工程科技Ⅱ辑 C02

【参考文献】：
期刊论文
[1]关于曲面的高斯曲率的应用[J]. 徐天长.  安庆师范学院学报(自然科学版). 2007(01)
[2]STL模型自动镂空的算法与应用[J]. 龚奇伟,张李超,莫健华.  计算机辅助设计与图形学学报. 2007(01)
[3]新型聚苯乙烯泡沫塑料模三维快速制造技术[J]. 孙琨,方亮,岑启宏,叶庆光,龚道明.  特种铸造及有色合金. 2006(11)
[4]多面体模型的新型空间结构快速建模方法研究[J]. 曾亚君,曾国华,曹申.  河北建筑科技学院学报. 2006(03)
[5]归纳学习方法在结构损伤识别中的比较研究[J]. 邢五丰,易健康.  计算机与信息技术. 2006(Z1)
[6]STL数据快速拓扑重建关键算法[J]. 戴宁,廖文和,陈春美.  计算机辅助设计与图形学学报. 2005(11)
[7]三维网格模型的分割及应用技术综述[J]. 孙晓鹏,李华.  计算机辅助设计与图形学学报. 2005(08)
[8]STL模型表面点快速拾取技术[J]. 徐雪松.  工程图学学报. 2005(03)
[9]基于STL文件的阶梯剖分算法研究[J]. 陈圆,王从军,黄树槐.  华中科技大学学报(自然科学版). 2004(08)
[10]带有装配定位系统的STL模型直接生成算法研究[J]. 孙琨,岑启宏,孙蔚.  机械制造. 2004(03)

博士论文
[1]复杂模型分割制造关键技术研究及应用[D]. 王会凤.上海交通大学 2008
[2]三维模型的分割及应用研究[D]. 孙晓鹏.中国科学院研究生院（计算技术研究所） 2005



本文编号：2932882