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截面轮廓特征约束重建是实现自由曲面重建的关键,同时对重建曲面边界的确定也起着重要的作用。自由曲面重建的方法是利用截面轮廓以及方向矢量作为参数,通过拉伸、旋转、放样、扫描等操作从而实现了自由曲面的重建。首先获取截面轮廓数据。截面轮廓数据可以通过点云切片法来获取,点云切片又分求交法和投影法。其次识别出截面轮廓数据的每个分段。截面轮廓通常有直线、圆弧、样条曲线等构成。截面轮廓的分段是截面轮廓特征重建的关键之一。最后现对界面轮廓数据进行分段拟合,然后通过切矢约束实现轮廓曲线的整体拟合。 本文围绕基于约束的截面轮廓数据模型重建展开研究: 首先,针对点云数据的获取技术进行了了解,介绍了结构光照法和激光三角测量法的原理,接着给出了截面轮廓重建的一些相关知识包括点云的类型、曲线连续性的定义以及三次B样条插值的原理。 其次,针对如何获取点云截面的轮廓数据,本文采用了点云切片算法。在使用点云求交算法寻找点云切片邻域对应点对时,提出了改进的空间分块算法寻找点的最近邻。 此外,还详细地研究了点云切片方向的选择以及点云截面轮廓数据的排序。 然后,针对截面轮廓中可能存在多个特征单元的情况,本文深入分析了截面轮廓曲线分段技术,并针对点云数据冗余的问题,提出了一种改进的曲率估计算法来估计截面的轮廓。该算法在利用三次B样条选取依次间隔5个点的轮廓数据进行插值,然后用三次B样条插值而得函数计算曲率来近似数据点的曲率,随后使用曲率差分法识别角点与切点,利用投影高度函数法判断线段的类型,然后把分段数据以及线段的类型存储于链表之中。 最后,针对截面轮廓数据整体拟合时如何连接分段曲线的问题,本文使用了基于约束的截面轮廓特征拟合的方法。首先采用了直线、圆弧最小二乘拟合的方法计算特征曲线的矢量信息,然后研究了轮廓特征曲线之间的约束关系,给出了直线和圆弧之间的约束表达,并采用了线段之间的约束不等式识别曲线段之间的位置关系。在截面轮廓分段曲线整体拟合时,利用这些约束关系结合分段曲线的矢量信息,建立了截面轮廓约束优化模型,将惩罚函数转换成非线性无约束优化模型,并采用列文伯格-马夸尔特方法迭代求解。 最终,总结了现阶段的工作,为下一步工作做出了设想和展望。