外文翻譯---在逆向工程中對適合曲線的數(shù)據(jù)點云的預處理 中文版.doc

在逆向工程中對適合曲線的數(shù)據(jù)點云的預處理逆向工程已經(jīng)成為一種從現(xiàn)存物體通過CMM測量的數(shù)據(jù)點重建CAD模型的重要工具.在逆向工程中首要的問題是:測量到的點具有不規(guī)律形式和不對等分布很難用B-spline曲線擬合。這篇論文中介紹了一種在逆向工程中用預先處理數(shù)據(jù)點來擬合曲線的方法。適合B-spline形式之前來處理先前測量得到的數(shù)據(jù)點的方法已經(jīng)得到了發(fā)展。通過這種方法產(chǎn)生的新的數(shù)據(jù)點形式，適合建立光滑精確B-spline曲線的要求。這種方法的整個的步驟包括：切片，弧度分析，分割，回歸，和再生。在逆向工程中這種方法被實施和用于實踐應用。重建的結果證實了此方法與目前流行的商業(yè)CAD系統(tǒng)的結合能力。關鍵字：擬合曲線；預先處理數(shù)據(jù)點。逆向工程1介紹隨著計算機硬件的軟件技術的發(fā)展，對促進產(chǎn)品發(fā)展的計算機輔助技術觀念在工業(yè)領域已被廣泛地接受通過新的CAD技術的發(fā)展,設計和制造之間的間隙已逐漸變得越來越密切。在正常的自動化制造環(huán)境下操作順序經(jīng)常是通過用CAD系統(tǒng)創(chuàng)建的幾何模型的產(chǎn)品設計開始，在幾何模型的基礎上，產(chǎn)生機器制造指令將原材料轉化成最終產(chǎn)品然后結束。由于意識到現(xiàn)代計算機輔助技術在產(chǎn)品發(fā)展和制造中的優(yōu)勢，因此在CAD系統(tǒng)著重要求創(chuàng)建物體的幾何模型。然而，在創(chuàng)建CAD模型之前，產(chǎn)品發(fā)展的物理模型和樣本先被產(chǎn)生出來。1例如，在設計汽車主體控制面板時，設計者和藝術家關于控制板的構想到底是在什么樣的基礎上制造黏土模型。2.沒有最初的草圖，確切的記錄模型在哪里？3.在制造中由于設計的改變，CAD模型不得不重新修改的部分哪里？在所有這些情形中。物理模型或樣本的建立是為了創(chuàng)建和建立CAD模型。與這些常規(guī)的制造順序相反，典型的逆向工程從測量現(xiàn)存的物理實體開始，這樣推斷出來的CAD模型可以更好的利用CAD技術的優(yōu)勢。逆向工程經(jīng)?？梢约毞譃?個階段：電子數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)分割，和用CAD模型構建一個物理模型。樣本起先用CMM或激光掃描儀測量以得到以三維坐標形式存在的幾何圖案的信息。然后，為了更進一步的處理,測量結果被分割成拓撲狀。就重建模型來說，每個小區(qū)域就代表一個簡單的可以用數(shù)學方面知識描繪其簡單外表的幾何圖案特征。CAD模型重建區(qū)域的表面是把這些表面連接成完整的可以描述被測量部分或樣本的模型。然而，在實際測量方案中，存在物理樣本或模型的幾何圖案信息不能被完全測量和準確重建一個好的CAD模型的情況。一些表面測量的數(shù)據(jù)可能是不規(guī)律的，還有一些測量誤差或者表面是不要求的。如圖1所示，測量物體的主要表面可能有這些特征：由于制造的不精確引起的凹坑，凸起，或噪聲點，因此，CMM探針不能獲取一套完全的數(shù)據(jù)點來重建整個物體的表面。圖1，在一個實際測量情況中的一般的問題在逆向工程中，現(xiàn)存實體的測量，可以通過接觸式測量或非接觸式測量技術來實現(xiàn)。然而無論用什么技術，這里都有一系列獲取數(shù)據(jù)的實際問題，例如，噪聲和不完全數(shù)據(jù)。如果沒有簡單的程序去校對這些數(shù)據(jù)點。這些問題將引起令人不期望的CAD模型的重建問題。為了正確和滿意的重建CAD模型，這篇論文中介紹了一種先處理數(shù)據(jù)點去擬合曲線的有用和行之有效的方法，用這種方法，數(shù)據(jù)點被按指定的形式重新生成，并適合指定擬合B-spline曲線的形式，而沒有先前提到的問題。在擬合了所有曲線之后，模型的表面才可能完全和曲線結合起來。2B-spline曲線理論通過含參數(shù)的方程，絕大多數(shù)外觀基礎上的CAD系統(tǒng)都表達了構造模型的要求，如Bezier曲線或B-spline曲線形式，最長用的是B-spline形式，在目前商業(yè)系統(tǒng)中，B-spline曲線是標準的代表自由曲線和外表的曲線。B-spline曲線和Bezier曲線有許多共同的優(yōu)勢。用可預測的普通方法來移動控制點影響曲線形狀，使它們兩者成了構建曲面較好的曲線形式。這兩種不同類型的曲線都具有控制點少，獨立的對稱軸和綜合價值。都表現(xiàn)出了凸凹性。然而，在局部的控制曲線形狀這方面，可能B-spline曲線表現(xiàn)出的優(yōu)勢超過了Bezier技術。如增加控制點而沒有增加曲線的度數(shù)的能力?？紤]到現(xiàn)實世界中應用的要求，在這篇論文中B-spline技術被用來代表曲線和曲面。一條B-spline曲線設定了連接n+1個控點。通過下面的列子給出了一條含參數(shù)的B-spline曲線：對于B-spline曲線，這些變量參數(shù)的度數(shù)經(jīng)常通過參數(shù)K控制，它對應控制點的數(shù)量。一條B-spline曲線基本功能通過下面的表達式來定義：3.擬合如果從現(xiàn)存的數(shù)據(jù)中測量一些數(shù)據(jù)點，擬合曲線不許經(jīng)過數(shù)據(jù)點。最新的擬合技術，用接近的算法規(guī)則，在迭代方法的基礎上，一系列數(shù)據(jù)點形成了B-spline曲線。假如一系列數(shù)據(jù)點，在一條不知道參數(shù)值的曲線P中，K從1到N決定一個準確加入位置或者是好的擬合曲線P是必要的。為了解決這個問題，每個數(shù)據(jù)點的參數(shù)值必須被假定出來。矢量的節(jié)點和曲線的度數(shù)也是要求的。在實際應用中度數(shù)一般都是3，參數(shù)值的確定可以通過下面的方法：如果給定參數(shù)值，反映這些參數(shù)分布的節(jié)點如下面的形式。4適合B-Spline曲線的數(shù)據(jù)要求為了生成一條光滑準確的B-Spline曲線，還要求一系列數(shù)據(jù)點能適合呈現(xiàn)出的B-Spline形式的曲線特征。首先，數(shù)據(jù)必須有較好的排列順序。當應用程序為了使一系列數(shù)據(jù)點能適合-Spline曲線，這些數(shù)據(jù)點必須以指定的順序讀入。如果數(shù)據(jù)點不是按順序的，這將引起未預期的曲線或一條失去B-Spline曲線形狀控制的曲線。其次，均勻分布數(shù)據(jù)點對擬合曲線來說是比較好的。在實際的測量中，一些因素如機器的顫抖，系統(tǒng)中的噪音，和被測量物體表面的粗糙，這都將影響測量的結果。所有這些現(xiàn)象都將引起在經(jīng)過問題點的曲線的局部顫抖。因此，對于產(chǎn)生一個高質量的B-Spline曲線，光滑有序的點云數(shù)據(jù)是必須的。獲得均勻分布的數(shù)據(jù)點，可以提