【正文】 規(guī)則幾何體素重構(gòu) 由于大多數(shù)結(jié)構(gòu)件模型可以分解為平面和各種二次曲面（圓柱面、球面、錐面等）的組合，因 此將這些規(guī)則幾何體利用參數(shù)化方法重構(gòu)以后，就可以得到具有參數(shù)信息的結(jié)構(gòu)件模型。圖 2c 是體素分離以后的 STL 模型（成為 4 個獨立的幾何體素）。我們可以看到，原來 STL 模型上所有的平面都被提取出來了，而諸如圓 角、圓柱面。 體素分離的過程見圖 2。當邊界邊鏈表中所有的邊都遍歷分離以后，就可以得到所有組成零件的獨立幾何體的個子的邊集合。對完成平面邊界提取的模型基礎(chǔ)，從邊界邊鏈表中的任意一條邊開始，總可以找到與它位置相連的組成一個封閉幾何體的所有邊。邊直化就是將共線的短邊合并成為一條直線邊。 此時我們發(fā)現(xiàn)，即使是簡單矩形，依然是由很多短邊組成的多邊形，這顯然不適合特征造型的要求。以新得到的“種子”多邊形邊界為依據(jù)，尋找相鄰三角形，再重復(fù)以上合并步驟，使“種子”多邊形不斷長大，最終當所有相鄰三角形均無法與“種子”多邊形合并時，遞歸停止。若??? （ ? 為三角形合并閾值），則三角形 i 可以與“ 種子”三角形合并。 先進制造技術(shù)課程結(jié)業(yè) 論文 第 5 章 基于 STL模型的逆向工程實體建模 8 平面識別過程是一個遞歸循環(huán)：設(shè)任一三角形為“種子”三角形，其法矢為 0N 。根據(jù)平面特性，我們可以得到平面邊界提取準則：如果具有相鄰邊的兩三角形法矢平行，則這兩個三角形構(gòu)成一個平面。如果將描述模型平面部分的三角形合并，然后提取出平面的邊界，利用邊界就可以將不同的幾何體素區(qū)分開來。 三角型拓撲關(guān)系的建立不但精簡了 STL 模型數(shù)據(jù)，而且是后續(xù)幾何體素分離的基礎(chǔ)。為了再后續(xù)步驟中提高運算效率，有必要首先去除冗余數(shù)據(jù)，提高存儲和運算效率 ，同時建立 STL 模型三角形拓撲關(guān)系，即建立三角形的邊信息結(jié)構(gòu)，記錄每條邊的左右三角形。 因此 STL 模型重建的過程如下：首先重建 STL 模型的三角形拓撲關(guān)系；其次從整體模型中分解出基本幾何體素；重建規(guī)則幾何體素；然后建立這些幾何體素之間的拓撲關(guān)系，最后中間整個模型。另一方面，實際應(yīng)用中的產(chǎn)品零件（結(jié)構(gòu)件）絕大多數(shù)是由規(guī)則幾何形體（如多面體、圓柱、過度圓?。┙?jīng)過拓撲運算得到，因此對于結(jié)構(gòu)件模型的重構(gòu)來講拓撲關(guān)系重建顯得尤為重要。文中討論的 STL 模型重建技術(shù)中的 STL 模型，均假定已經(jīng)進行有效性和封閉性測試，是正確有效的 STL 模型。這種檢驗主要包括兩方面的內(nèi)容： STL 模型數(shù)據(jù)的有效性和 STL 模型封閉性檢查。先進制造技術(shù)課程結(jié)業(yè) 論文 第 5 章 基于 STL模型的逆向工程實體建模 7 5 基于 STL 模型的逆向工程實體建模 模型是以三角形集合來表示物體外輪廓形狀的幾何模型 。當前，市場上提供了逆向建模功能的軟件達數(shù)十種之多，但大致可以分為兩類：一是專用的逆向軟件，如Imageware、 Geomagic、 Polyworks、 CopyCAD、 ICEMSurf 和 REsoft 等，如 PTC 的Pro/scantools 模塊、 UG 的 Point cloudy 功能等?；诒砻娴膬?yōu)點是可以采用比較成熟的計算機圖形學(xué)的方法進行顯示，計算量小，運行速度快，借助于專業(yè)硬件支持，可以實現(xiàn)實時顯示，但表面重建需要首先對斷層圖像進行分割以提取出斷層數(shù)據(jù)，由于目前分割技術(shù)所限，缺少準確有效的方法，在分割時細節(jié)信息容易丟失。曲面一般選取 B 樣條表示，在曲面重建中，能夠構(gòu)造出標準的 B 樣條曲面。 基于測量點的曲面重建方法的原理是直接建立滿足對數(shù)據(jù)點的插值或擬合曲面，既能處理規(guī)則點也可直接擬合散亂點。 基于曲線的曲面重建方法的原理是在數(shù)據(jù)分割的基礎(chǔ)上，首先由測量點插值或擬合組成曲面的網(wǎng)格樣條曲線，再利用放樣、混合、掃描等曲面造型功能進行曲面重建，最后通過延伸。由于組成曲面類型的不同， CAD 模型重建的一般步驟為：先根據(jù)幾何特征對點云數(shù)據(jù)進行分割，然后分別對各個曲面片進行擬合，再通過曲面的過度、相交、裁剪、倒圓等手段，將多個曲面“ 縫合”成一個整體，即重建的 CAD 模型。在實際的產(chǎn)品中，只由一張曲面構(gòu)成的情況不多，產(chǎn)品形面往往由多張曲面混合而成。其基本思路是先由視覺系統(tǒng)提供一個被測物體的初始整體模型，再由該模型引導(dǎo) CMM 進行有針對性的測量，從而提高 CMM 的測量效率以及彌補視覺技術(shù)再精度方面的不足。目前，設(shè)備價格昂貴、獲取數(shù)據(jù)的精度較低，對實物的材料有所限制是非破壞式方法的主要不足，而破壞式方法相對來說精度較高，但不宜用于單件或貴重零件的測量，而且花費時間較長。斷層測量是利用計算機斷層掃描技術(shù)沿某一方向逐層掃描實物斷面獲得一系列截面圖像的測量方法。投影光柵法的主要優(yōu)點是測量范圍大、速度快、成本低、易于實現(xiàn)，缺點是精度較低（ ? ），只能測量表面起伏不大的較平坦物體，對于表面變化劇烈的物體，在陡峭處往往發(fā)生相位突變，在測量精度大大降低。其存在的主要問題是對被測表面的粗糙度、漫反射率和傾角過于敏感，存在由遮擋造成的陰影效應(yīng)，對突變的臺階和深孔結(jié)構(gòu)易于產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失。激光三角法是目前最成熟，也是應(yīng)用最廣泛的一種主動式視覺方法。其主要缺點是效率低，測量過程過分依賴于測量者的經(jīng)驗，特別是對于幾何模型未知的復(fù)雜產(chǎn)品，難以確定最優(yōu)的采樣策略和路徑。 CMM 通常是基于力 變形原理，通過接觸式探頭沿樣件表面移動，并與表面接觸時發(fā)生變形檢測出接觸點的三維坐標。 先進制造技術(shù)課程結(jié)業(yè) 論文