作为产品设计制造的一种手段,20世纪90年代初,逆向工程技术开始引起各国工业界和学术界的高度重视。随着计算机技术及测量技术的发展,逆向工程已经成为新产品开发、消化以及吸收先进技术的重要途径。 曲面重构,是指从散乱数据点重构出物体的几何模型,并获得该几何模型的数学表达式,它是逆向工程研究中的关键内容。目前,大多数商品化CAD软件采用非均匀有理B样条(NURBS)作为自由曲面的表达形式。 本文在研究散乱点列曲面重构的基础上,针对三维网格模型的特殊性,提出了面向网格数据的曲面特征识别和构造算法。文章重点阐述了二次曲面、拉伸面、旋转面、以及一般自由曲面的构造方法。 二次曲面的应用非常广泛,目前,提取方法主要采取最小二乘法,由于求解的非线性(平面除外),导致算法效率低且准确性差。本文利用二次曲面的高斯图特性,识别曲面类型,并根据该类型对网格去噪,抽取符合该曲面特征的子网格,最后生成二次曲面。大量实验表明,此方法具有较好的稳定性、准确性,且算法效率较高。 拉伸面、旋转面在逆向工程中也占有一定的地位,算法的关键在于拉伸方向和旋转轴向的提取。对于拉伸面,本文在深入分析其高斯图特性的基础上,巧妙地提取了曲面的拉伸方向;而对于旋转曲面,本文引进了网格主方向的概念,并据此提取曲面轴向。 自由曲面的构造一直是逆向工程研究的热点。由于点列的散乱性质,导致一般的曲面拟合算法效率低,且边界不易控制。本文通过一定的方法,将散乱点列转化为有序点列,进而利用有序点列拟合的高效性,完成网格模型的曲面构造。此方法拟合精度高,对于多数的网格模型,均可以得到较好的结果。