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基于逆向工程的汽車覆蓋件模具邊界特征的提取

作者: 時間:2012-07-24 來源:網(wǎng)絡 收藏

根據(jù)法矢nP0、則過矢量點P0的切平面方程為:

由此可得矢量點Pj在平面上的投影坐標為:

22.jpg

完成鄰域點集的坐標局部參數(shù)化后,便可以應用加權(quán)最小二乘原理對鄰域點集進行曲面擬合。然后利用高斯-亞當消元法求得該問題的最佳參數(shù)估計a*,b*,c*。于是可

得鄰域點集的逼近曲面為h(u,v)=a*u2+b*uv+c*v2。由此可推導出該點的逼近主曲率和主方向。

曲面在P0的主方向可由下式給出的方程解出,即:

對應的主方向為:

在獲得各點的曲率后,取曲率極值點作為特征點的候選點。

3 邊界點的提取

一條曲線上的邊界點可分為階躍邊界(高度不連續(xù))、褶皺邊界(切矢不連續(xù))和光滑邊界(曲率不連續(xù))。

取曲率極值點或零交叉點(對第一種邊界線來講)作為離散曲面的邊界點?;舅枷肴缦拢?p>(1)先選取一候選邊界點P, 在該點兩邊沿主方向m1取最近的兩鄰近點T1,T2,求它們沿m1方向上的曲率KT1,KT2。如果k1大于KT1、KT2則該點為最大曲率極值點。

(2)同理選定主方向m2,在P點兩邊沿主方向取鄰近點T3、T4,求他們沿m2方向上的曲率KT3、KT4,如果k2小于KT3、KT4,則該點為最小曲率極值點。

(3)對所有候選點進行上述操作,就可得到所需的全部邊界點。

在數(shù)據(jù)點的界點提取之后,可對界點進行組織,去除偽界點,采用鄰邊編碼鏈表算法形成一個有序的實體邊界輪廓圖[4]。實際反求時,封閉邊界的提取可分為兩步進行。首先是單邊界的提取;其次是對單邊界按序追蹤,形成封閉邊界。該算法可進一步實現(xiàn)邊界特征提取的自動程度。但在覆蓋件的逆向設計中,過渡曲面一般為光滑過渡,曲率變化不十分明顯。用這種算法產(chǎn)生的邊界輪廓并不能真正完成點云的較準確劃分。因此,文中在特征點提取后,采用人機交互的方式,來生成封閉的邊界輪廓特征。這樣既避免了上面提到的單純靠人機交互實現(xiàn)分片的缺點,又克服了單純自動提出過程中對偏差不便調(diào)整的弊端。

4 實例和結(jié)論

該算法借鑒了文獻中所提的方法,并進行了改進。文中所提算法不僅可用于規(guī)則數(shù)據(jù)點的特征點的提取,而且通過對散亂數(shù)據(jù)點的簡化及三角網(wǎng)格化,可對其進行特征點的提取。本算法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)明晰,實現(xiàn)起來簡單,相對單純?nèi)藱C交互的方式,提高了精度,避免了大量嘗試重構(gòu)過程,相對自動算法提高了算法的靈活性。文中所提算法通過MFC和OpenGL 結(jié)合編程在上海大眾公司SAN2000前圍設計中得到應用,取得了很好的效果,圖2和圖3為SAN2000前圍采用此方法的實例 。首先采用德國GOM公司生產(chǎn)的ATOS(Advanced Topometric Sensor )非接觸式結(jié)構(gòu)光測量儀,取得模具的數(shù)據(jù)點。借助surfacer軟件完成對數(shù)據(jù)的預處理。然后利用文中的算法計算各數(shù)據(jù)點的法矢和曲率估算,提取邊界特征點,完成數(shù)據(jù)分片。當然該算法也有比較大的局限性,對光滑過渡特征還不能很好地獲得其完整邊界,需通過人工交互進行調(diào)整。這還有待于在今后的研究中發(fā)現(xiàn)更好的方法。

參考文獻

[1]姜壽山.Peter Eberhard.多邊形和多面體頂點法矢的數(shù)值估計.計算機輔助設計與圖形學學報,2002,14(8):763-767.

[2]朱心雄.自由曲線曲面造型技術(shù).上海:科學出版社.

[3]Milroy J,Bradley,Vickers G W. Segmentation of a wraparound model using an active contour.ComputerAided Design,1997,29(4):299-320.

[4]M.Yang,E.Lee. Segmentation of measured point data using a parametric quadric surface approximation.ComputerAided Design,1999,31:449-457.

[5]張麗艷.海量測量數(shù)據(jù)簡化技術(shù)研究.計算機輔助設計與圖形學學報,2001,11(13):1019-1023.


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