一种面向复杂曲面偏置的曲面缺陷修复方法技术

本发明专利技术提供一种面向复杂曲面偏置的曲面缺陷修复方法，步骤如下：输入组合曲面模型，将组合曲面离散为单一曲面模型；检测单一缺陷曲面并进行缺陷分类：退化曲面和控制点高度非均匀曲面；对于退化曲面，采用四边域裁剪曲面进行曲面重构的修复方法；对于控制点高度非均匀曲面，采用优化控制点数量和距离分布的修复方法；将所有单一曲面聚合为组合曲面；对组合曲面进行曲面偏置操作，得到偏置组合曲面；依据车身建模标准和专家知识，对偏置组合曲面进行质量检测并修复；输出修复后的偏置组合曲面。本发明专利技术提出的曲面缺陷修复方案可以识别复杂曲面模型存在的两类曲面缺陷，并针对性地给出从识别到修复的一体化解决方案，提高了曲面偏置的成功率。置的成功率。置的成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种面向复杂曲面偏置的曲面缺陷修复方法


[0001]本专利技术属于计算机辅助设计与制造领域，并公开了一种面向复杂曲面偏置的曲面缺陷修复方法。

技术介绍

[0002]车身设计建模过程中，复杂曲面偏置是一个关键且具有挑战性的操作。汽车车身是由大量复杂的自由曲面组成，面和面之间存在复杂的拓扑和几何连续性问题，且对曲面造型的质量具有很高的要求。由于不同工程师的建模方法和水平的差异性，导致车身曲面建模过程中的不同类型的单一曲面缺陷，这些缺陷曲面导致曲面偏置操作频繁失败，严重影响车身设计的效率，亟需更有效的解决方案。
[0003]通过对现有的文献进行检索分析，复杂曲面偏置及曲面修复方法主要包含以下几类情况：
[0004]在偏置曲面生成过程中，Meng等人提出了一种超线性收敛算法，以尽可能均匀地分布一组可移动点，同时在整个优化过程中将这些点保持在距离基曲面指定距离。(Wenlong Meng,et al.Efficiently computing feature
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aligned and high
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quality polygonal offset surfaces.Computers&Graphics.2018,70:62
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70.)。Shen等人提出了一种基于水平集的曲面等距方法，该方法将曲面偏置问题看作是由一个具有恒定法线速度的动态初始曲面生成一个新界面的问题。(Hongyao Shen,et al.Generation of offset surface for tool path in NC machining.Int J Adv Manuf Technol.2010,46:1043
‑
1047.)。
[0005]在退化曲面修复方面，Shi等人提出了一种插值具有不相容边界的四边形区域的方法，该方法利用退化点处多值法向量的性质来实现与边界的连续性。(Kan
‑
Le Shi,et al.Polynomial spline interpolation of incompatible boundary conditions with a single degenerate surface.Computer
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Aided Design.2014,53:28
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35.)。池宝涛等人提出了基于T
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Spline的全自动几何拓扑修复方法，实现对复杂CAD几何模型中退化曲面等的自动识别、曲面探测及T
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Spline曲面重构的全自动几何拓扑修复。(池宝涛,等.基于T
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Spline的全自动几何拓扑修复方法.自动化学报,2019,45(08):1511
‑
1526.)。
[0006]在去除偏置曲面自交方面，Q Youn Hong等人提出了一种偏置曲面裁剪方法，通过在原始输入曲面(及其导数)上的计算，以及通过对给定输入正则曲面的密切环面的偏置，构建交叉的密切环面来替换一个偏置曲面。(Q Youn Hong,et al.Trimming offset surface self
‑
intersections around near
‑
singular regions.Computers&Graphics.2019,82:84
‑
94.)。Xu等人提出了一种通过将偏置路径映射到预定义平面来识别和去除自相交环的方法，该方法是通过使用网格映射技术将网格曲面展平得到的。(Jinting Xu,et al.A mapping
‑
based approach to eliminating self
‑
intersection of offset paths on mesh surfaces for CNC machining.Computer
‑
Aided Design.2015,62:131
‑
142.)。
[0007]综上所述，相关研究在一定程度上解决了偏置曲面的生成、曲面模型缺陷的识别与修复问题。然而，考虑偏置曲面质量对后续操作的影响及相关建模标准的曲面几何特性研究较少。
[0008]曲面偏置是指给定参数曲面S(u,v)对应的偏置曲面S'(u,v)，有如下偏置曲面表示形式：
[0009]S
′
(u,v)＝S(u,v)+d(u,v)
·
n(u,v)(1)
[0010]其中d(u,v)表示偏置距离且d(u,v)>0，n(u,v)为曲面S(u,v)的单位法向量。曲面S(u,v)的法向量N(u,v)由N(u,v)＝S
u
×
S
v
给出，其中S
u
和S
v
分别为u和v方向的偏导数。曲面S(u,v)的最大和最小主曲率分别为к
max
和к
min
。(Nicholas M.P.,&Takashi M.(2005).Shape Interrogation for Computer Aided Design and Manufacturing.)。
[0011]组合曲面CS定义为由若干个面{S
i
}(i＝0,1,2,
…
,n)相互连接且符合流形规则的拓扑结构。给定组合曲面CS的对应的偏置组合曲面CS'，具有如下表示：
[0012]CS
′
＝CS+d(u,v)
·
n(2)
[0013]其中，n为组合曲面CS的单位法向量，d(u,v)为偏置距离且d(u,v)>0。
[0014]偏置距离为常量时，即d(u,v)＝d时，当曲面偏置距离大于曲面的曲率半径，即d>1/κ
max
或者d>1/κ
min
，偏置曲面会产生不规则点和自相交等情形。偏置距离为变量时，即d(u,v)≠d，曲面上一点p的偏置距离大于曲面上该点的曲率半径，即d(p)>1/κ
p
‑
max
或d(p)>1/κ
p
‑
min
时，偏置曲面会出现自相交等情形。(Wallner J,et al,Self
‑
intersections of offset curves and surfaces.International Journal of Shape Modeling,2001,7(1):1
‑
21.)。
[0015]NURBS曲面，又称为非均匀有理B样条曲面，一张在u、v方向上p
×
q次的NURBS曲面的有理分式表示为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向复杂曲面偏置的曲面缺陷修复方法，其特征在于，包含以下步骤，步骤1，输入组合曲面模型，将组合曲面模型离散为多个单一曲面模型，并对离散后的每个单一曲面进行编码；步骤2，检测单一曲面模型并对缺陷曲面分类；缺陷曲面分为退化曲面和控制点高度非均匀曲面；(2.1)检测退化曲面：对于给定的NURBS曲面的控制点网格的边界区域，采用最小包围球法计算该区域的全部控制点间的最远距离，进而定义退化距离系数，设定边界区域或角点区域控制点分布的阈值，若退化距离系数小于上述给定阈值时，判定该曲面为退化曲面；对于给定的NURBS曲面的控制点网格的角点区域，采用计算角点及其相邻控制点组成的向量夹角计算四边域曲面角点的角度，设定角点的角度阈值，若角点的角度小于上述给定阈值，判定该曲面也为退化曲面；(2.2)检测曲面控制点的非均匀度：对于给定的NURBS曲面的u、v向控制点网格，用户给定曲面u向、v向相邻两列、行控制点间的合理距离，计算曲面u向和v向控制点分布系数，设定u向、v向控制点分布系数的下限，如果根据用户给定的合理距离求得分布系数不满足设定的分布系数下限时，判定该曲面为控制点高度非均匀曲面；步骤3，对于退化曲面，采用四边域裁剪曲面进行曲面重构的修复方法；(3.1)对于步骤(2.1)得到的退化曲面，提取退化曲面的边界曲线组成边界曲线族；(3.2)根据生成的退化曲面的边界曲线族构建四边域裁剪曲面；(3.3)去除步骤(2.1)得到的退化曲面，以步骤(3.2)生成的四边域裁剪曲面替换退化曲面；(3.4)对于步骤(3.3)得到的四边域裁剪曲面，采用步骤(2.2)的方法判定其是否为控制点高度非均匀曲面，如果是，则采用步骤4的方法进行修复...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝军，倪壮，靳春宁，葛新元，刘秀平，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：