基于工業(yè)CT切片序列的三角網(wǎng)格模型簡化及孔洞修復(fù)研究.pdf

1、逆向工程即對目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計(jì)要素，以便高效的對產(chǎn)品進(jìn)行缺陷檢測和二次開發(fā)。而作為目前逆向工程的最佳手段之一，工業(yè)CT技術(shù)可以在完全不損害樣品的情況下，得到其表面及內(nèi)部的切片數(shù)據(jù)，對這些切片序列進(jìn)行三維重構(gòu)就等得到目標(biāo)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行誤差分析、有限元分析等開發(fā)設(shè)計(jì)工作。本文針對由工業(yè)CT切片序列重構(gòu)得到的三維網(wǎng)格模型所存在的問題，重點(diǎn)對網(wǎng)格重構(gòu)、簡化、孔洞修

2、復(fù)等方面進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?、贋榱藢I(yè)CT切片數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)以得到較為真實(shí)可靠的三維模型，本文首先分析了目前較為常用的三維網(wǎng)格模型重構(gòu)方法，并選取了移動立方體方法對切片數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)。通過多個模型的實(shí)驗(yàn)例證表明，該算法能夠較好地重構(gòu)出三維網(wǎng)格模型。
　?、跒榻鉀Q部分重構(gòu)的三角網(wǎng)格模型因數(shù)據(jù)量龐大而導(dǎo)致其不便于存儲、分析和顯示的問題，提出了一種結(jié)合網(wǎng)格精細(xì)化方法的三角形折疊網(wǎng)格簡化算法。首先通過網(wǎng)格細(xì)分法確

3、定待折疊三角形三個頂點(diǎn)的修正坐標(biāo)，并根據(jù)修正坐標(biāo)初步確定折疊點(diǎn)位置，然后引入折疊點(diǎn)的拉普拉斯坐標(biāo)和原三角形法向信息來更新折疊點(diǎn)位置，最后由三角形折疊后該區(qū)域的體積誤差和被折疊三角形平展度來共同確定折疊代價(jià)，從而使網(wǎng)格優(yōu)先從較為平坦和特征點(diǎn)較少的區(qū)域開始依次進(jìn)行三角形折疊簡化。對多個模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試和數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明該方法能夠有效精簡網(wǎng)格數(shù)據(jù)。
　?、塾汕衅瑪?shù)據(jù)重構(gòu)得到的三角網(wǎng)格模型往往存在各類缺陷，本文提出了一種空間多邊形孔洞

4、修補(bǔ)算法。首先提取孔洞的邊界并對邊界進(jìn)行預(yù)處理，然后通過計(jì)算邊界點(diǎn)的平展度和孔洞多邊形的頂點(diǎn)投影夾角，協(xié)調(diào)控制孔洞三角形生長的順序；同時(shí)引入邊界點(diǎn)法向量估計(jì)因子和方向曲率調(diào)整角對新插入點(diǎn)的位置進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到對孔洞的平滑過渡修復(fù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法簡單高效，新增三角形質(zhì)量較高且能夠與原有網(wǎng)格光滑過渡，孔洞修復(fù)效果較好。
　　④結(jié)合實(shí)例研究了利用工業(yè)CT技術(shù)進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)的方法。將掃描的切片圖像利用本文的方法進(jìn)行重構(gòu)、修復(fù)、簡化后得