基于G1连续三角Bézier曲面的产品STL模型重建方法技术

本发明专利技术提供一种基于G1连续三角Bézier曲面的产品STL模型重建方法，其特征在于构建 产品STL模型的动态空间索引结构，基于该结构获取产品STL模型中共产品STL模型顶点 的三角面片集，以该三角面片集作为产品STL模型顶点的局部型面参考数据，求解产品STL 模型顶点的法向矢量，根据产品STL模型中三角面片顶点的位置矢量和法向矢量，构造三次 三角Bézier曲面片，将三次三角Bézier曲面片进行升阶处理，获取五次三角Bézier曲面片， 采用五次三角Bézier曲面片拼接算法将生成的五次三角Bézier曲面片逐个进行G1拼接，实 现所有五次三角Bézier曲面片的G1拼接，采用De Casteljau算法生成G1连续三角Bézier曲 面。实例证明该方法数据适应性强，可快速准确生成G1连续的三角Bézier曲面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种基于G1连续三角B6zier曲面的产品STL模型重建方法，属于产品逆向工 程领域。
技术介绍
产品逆向工程中，^连续三角B6zier曲面能精确重现产品型面特征，研究基于逆向工程 系统输出的产品STL模型构造^连续三角B6zier曲面相关算法，对提高反求模型精度、精 确重现产品型面特征具有重要意义。对现有的技术文献检索发现，柯映林等在学术期刊《浙江大学学报》1995， 29(1)， P44-51 上发表的论文"显式B6zier三角曲面的C1构造"中，采用CT分割插值法对三角面片进行CT 分割，将三角面片间的GJ拼接转化为分割面片间的G'拼接，该方法只能处理三角面片形状 规则的产品STL模型，当产品STL模型三角划分不规则时，三角面片经过CT分割将生成一 些畸形面片，这些畸形面片将严重影响插值曲面的质量。张桃红等在学术期刊《系统仿真学报》2007， 29(19)， P4394-4398上发表的论文"五次 B-B曲面片构造^连续曲面重构方法"中，提出将三角B6zier曲面片的阶数升高到五次构造 整体Gi连续曲面的计算方法，该方法从方向导数的定义出发，基于^连续曲面充分条件通 过最小二乘方法拟合已知点的双变量函数，直接计算已知点的一阶、二阶方向导数得到控制 点的计算公式，并分别对三角B6zier曲面片的内部和边界两种情况进行了推导，构造出G1 连续的散乱数据插值曲面，该方法需调整计算多个控制点才能实现三角B6zier曲面片的G1 拼接，算法运行效率低。朱本富在1997年发表的博士学位论文"CAD/CAM中基于三角域的散乱数据几何造型研 究"中，提出了直接用六次三角B6zier曲面片构造Gt连续的散乱数据插值曲面的方法，该方 法计算每个三角B&ier曲面片的控制点达到28个之多，计算量大。综上所述，现有的基于产品STL模型构造^连续三角B&ier曲面的方法存在计算三角 B6zier曲面片控制点繁琐，算法运行效率低等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于Gl连续三角B6zier曲面的产品STL模型重建方法，以 精确重现产品STL模型的型面特征，提高产品精度。其技术方案为一种基于01连续三角B6zier曲面的产品STL模型重建方法，其特征在于步骤依次为1) 读产品STL模型数据到存储器中，并为产品STL模型数据建立线性链表存储结构，改进R、 树得到适合于存储产品STL模型数据的动态空间索引结构R^S-树，基于该&*8-树建立产品 STL模型的动态空间索引结构；2)基于！^S-树动态空间索引结构的范围查询算法快速获取 产品STL模型中共产品STL模型顶点的三角面片集，以该三角面片集作为产品STL模型顶 点的局部型面参考数据，获取该局部型面参考数据中三角面片的个数，计算其中每个三角面 片的法向矢量和面积，求解产品STL模型顶点的法向矢量；3)根据产品STL模型中三角面 片顶点的位置矢量和法向矢量，对三角面片进行三次三角Bfeier曲面片构造；4)将三次三角 B6zier曲面片进行升阶处理，获取五次三角B6zier曲面片，采用五次三角B&ier曲面片拼接 算法将生成的五次三角B&ier曲面片逐个进行G1拼接；5)采用De Casteljau算法生成G1连 续三角B6zier曲面。为实现专利技术目的，所述的基于Gl连续三角B6zier曲面的产品STL模型重建方法，在步 骤l)中，改进R、树动态空间索引数据结构得到！^S-树的方法具体是将三角面片及索引 结点MBR即最小包围矩形统一表示为四维点对象(x，:v，z,r)，其中x,乂z为MBR中心坐标，r为MBR外接球半径值，通过三角面片集合的聚类分簇，构建产品STL模型动态空间索引结 构。为实现专利技术目的，所述的基于Gl连续三角B6zier曲面的产品STL模型重建方法，在步 骤3)中，设三角面片的三个顶点分别为K、 K2、 h，三个顶点对应的法矢为"!、 "2、 "3, 过其中一个顶点构造精简产品STL模型的切平面，采用函数/(^, )=卩-^1获取另外两个顶 点在该切平面上的投影点，^为顶点到切平面的距离，根据下面的公式计算三次三角B6zier 曲面片的控制顶点，「3，*^300 — ^71 ， ^003 = ^^2 ， "I(B0rf = 「 一"201 'l《02 = 「2 _一 '，h-/(r3，"2)jAio = 「i —rf120 = 「33-來"3)]3卞3<formula>formula see original document page 6</formula>完成三次三角B6zier曲面 4 6片的构造。为实现专利技术目的，所述的基于Gl连续三角B6zier曲面的产品STL模型重建方法，在歩 骤4)中，五次三角Bdzier曲面片的G'拼接的方法具体是由Bernstein多项式定义的"次 三角B6zier曲面片计算公式，推导出"十l次三角B&ier曲面片的控制点计算公式，即三角 B6zier曲面片的升阶公式，根据三角B6zier曲面片的G1连续拼接几何条件，实现多个三角 B6zier曲面片的G1拼接；多个三角B6zier曲面片的拼接过程为首先，将目标三角B6zier 曲面片与相邻的一个三角B6zier曲面片进行^拼接；然后，取第二个相邻的三角B&ier曲 面片与目标三角B6zier曲面片进行^拼接，获取约束几何条件冲突的控制点，计算该点的两 侧平面交线，将控制点在交线上投影获取投影点，由于该投影点满足两侧平面的共面条件， 将该投影点作为三角B6zier曲面相应的控制点，实现三个三角Bfeier曲面片的G1拼接；最 后，取第三个相邻的三角B&ier曲面片与目标三角B6zier曲面片进行G1拼接，重新计算两 个约束几何条件冲突的控制点，实现多个三角B&ier曲面片的G1拼接。为实现专利技术目的，所述的基于Gl连续三角B6zier曲面的产品STL模型重建方法，在步 骤5)中，①构建产品STL模型的动态空间索引结构，获取产品STL模型各顶点的法向矢 量；②根据产品STL模型中三角面片顶点的位置矢量和法向矢量，对三角面片进行三次三角 B&ier曲面片构造；③将三次三角B6zier曲面片进行升阶处理，获取五次三角B6zier曲面片； ④采用五次三角B6zier曲面片拼接算法将生成的五次三角B6zier曲面片逐个进行G'拼接， 实现所有五次三角B6zier曲面片的G1拼接；⑤采用De Casteljau算法生成G1连续三角B6zier 曲面。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点1) 采用11*8-树组织产品STL模型的动态空间索引结构，基于该结构查询产品STL模型 中共顶点三角面片集，实现了产品STL模型顶点法向矢量的快速计算，有效提高了三角B6zier 曲面的生成效率，并可对各种复杂型面的产品STL模型进行G1构造；2) 提出了基于产品STL模型顶点切平面构造三次三角B6zier曲面片的计算方法，该方 法可根据三角面片的几何信息准确生成相应的三角B6zier曲面片；3) 有效解决了多个三角B6zier曲面片相互拼接时的约束几何条件冲突问本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Ｇ１连续三角Ｂ＊ｚｉｅｒ曲面的产品ＳＴＬ模型重建方法，其特征在于步骤依次为：１）读产品ＳＴＬ模型数据到存储器中，并为产品ＳＴＬ模型数据建立线性链表存储结构，改进Ｒ＊－树得到适合于存储产品ＳＴＬ模型数据的动态空间索引结构Ｒ＊Ｓ－树，基于该Ｒ＊Ｓ－树建立产品ＳＴＬ模型的动态空间索引结构；２）基于Ｒ＊Ｓ－树动态空间索引结构的范围查询算法快速获取产品ＳＴＬ模型中共产品ＳＴＬ模型顶点的三角面片集，以该三角面片集作为产品ＳＴＬ模型顶点的局部型面参考数据，获取该局部型面参考数据中三角面片的个数，计算其中每个三角面片的法向矢量和面积，求解产品ＳＴＬ模型顶点的法向矢量；３）根据产品ＳＴＬ模型中三角面片顶点的位置矢量和法向矢量，对三角面片进行三次三角Ｂ＊ｚｉｅｒ曲面片构造；４）将三次三角Ｂ＊ｚｉｅｒ曲面片进行升阶处理，获取五次三角Ｂ＊ｚｉｅｒ曲面片，采用五次三角Ｂ＊ｚｉｅｒ曲面片拼接算法将生成的五次三角Ｂ＊ｚｉｅｒ曲面片逐个进行Ｇ１拼接；５）采用Ｄｅ　Ｃａｓｔｅｌｊａｕ算法生成Ｇ１连续三角Ｂ＊ｚｉｅｒ曲面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙殿柱，李心成，田中朝，李延瑞，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：37