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基于CATIA的船体曲线曲面光顺方法研究

基于CATIA的船体曲线曲面光顺方法研究

作者：李井义武汉理工大学

学位级别：硕士

船舶作为一种重要的水面交通运输工具,要求其具备特定的航海性能;与飞机、汽车等产品相比其外表面形状更为复杂,船体曲线曲面光顺是保证其各项流体性能的基础。CATIA作为一款集设计与制造于一体的三维辅助设计软件,近年来,在船舶设计制... 详细信息

船舶作为一种重要的水面交通运输工具,要求其具备特定的航海性能;与飞机、汽车等产品相比其外表面形状更为复杂,船体曲线曲面光顺是保证其各项流体性能的基础。CATIA作为一款集设计与制造于一体的三维辅助设计软件,近年来,在船舶设计制造领域的应用日益广泛,各大船舶企业也在逐步将自己的业务流程迁移到CATIA平台上。由于CATIA属于通用软件平台而非船舶设计制造专用软件,针对船舶设计与制造的相关功能并不完善,尤其没有提供用于船体放样工序的专用模块。目前多数船舶企业在利用CATIA进行生产设计时,通常采用导入其他三维设计软件光顺好的船体模型来开展后续工作,这不符合单一数据源的设计理念。因此,为了完善CATIA的船体光顺功能,实现统一数据源、避免跨平台数据交换所带来的误差。本研究结合曲线曲面光顺的一般原理和方法,开展了基于CATIA V5平台下的船体曲线曲面光顺方法研究。主要包括以下工作内容:1.以型线图为输入数据构建船体线框模型。利用CATIA提供的二次开发接口,将型线图中的型值由二维点转换为三维,并通过样条特征插值实现空间船体型线的自动生成;同时模拟手工创建艏圆弧过程,将圆心线和切点线相互关联,使调整两者中任意一条曲线的型值点位置时另一条曲线能够自动调整。2.将基于圆率和小波的局部光顺法相结合,提出基于CATIA的曲线曲面局部光顺数学模型。该模型将曲线的光顺分为粗光顺和精光顺两个步骤,在粗光顺阶段采用基于圆率的光顺方法进行型值序列光顺;在精光顺阶段采用基于小波的局部光顺方法,利用小波将曲线分解为低频和高频部分,然后根据光顺准则确定坏点位置,并修改对应的小波系数,最后利用小波重构技术实现曲线光顺;对于曲面光顺,则是将曲面离散为网格曲线,再利用光顺曲线的方法光顺网格线,最终实现对曲面的光顺。3.光顺系统构建与集成。以本文构建的光顺数学模型为理论依据,结合CATIA二次开发接口和第三方开源库,在CATIA平台下实现光顺算法封装和曲线曲面光顺功能的集成。为验证本研究方法的可靠性,分别以曲线曲面实例和15000吨的散货船对所构建的光顺模型和光顺系统进行验证。在结合圆率和基于小波局部光顺方法的情况下,曲线达到光顺的同时能够保持关键点位置不变;此外,通过光顺曲面离散后的网格曲面能够消除曲面的褶皱。光顺系统能够通过型线图创建船体线框模型,并在此基础上实现对实船模型的光顺处理。结果表明,以圆率和小波局部光顺法相结合的光顺模型为基础,利用二次开发技术进行定制开发,能够在CATIA平台下实现对船体曲线曲面的光顺。

关键词：曲线曲面光顺船体模型重构 CATIA CAA二次开发

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应用在联合细分曲面的离散PDE光顺方法

东南大学学报（自然科学版） 2007年第1期37卷 35-39页

作者：何钢廖文和刘浩南京航空航天大学机电学院南京210016

将离散偏微分方程(PDE)光顺方法应用在联合细分的控制网格光顺过程中,即以插值曲线对应的控制边为界将控制网格分割为不重叠的子网格.针对各个子网格分别求解离散PDE,得到控制网格理想曲率,然后在控制网格法向调整控制顶点位置,使控制... 详细信息

将离散偏微分方程(PDE)光顺方法应用在联合细分的控制网格光顺过程中,即以插值曲线对应的控制边为界将控制网格分割为不重叠的子网格.针对各个子网格分别求解离散PDE,得到控制网格理想曲率,然后在控制网格法向调整控制顶点位置,使控制网格的实际离散曲率逼近于理想曲率.在不同细分层次上,分别对各个子网格光顺,也就实现了控制网格局部和全局的光顺,同时消除了联合细分极限曲面中存在的凹陷等不光顺现象.除奇异点外,极限曲面均达到G2连续.该方法提高了联合细分曲面的质量,扩宽了联合细分的应用范围.

关键词：离散PDE 联合细分光顺

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基于线性假设的多分辨光顺精度控制

北京理工大学学报 2015年第11期35卷 1128-1134页

作者：纪小刚薛杰杨艳何雪明江南大学机械工程学院江苏无锡214122 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江苏无锡214122

在二进小波光顺算法和任意分辨率小波光顺算法研究及软件编制的基础上,分析研究了多分辨光顺过程中的精度控制问题.该方法对给定的任意光顺精度,通过线性假设预估控制精度对应的小波尺度,并通过迭代消除线性假设带来的误差,从而能够确... 详细信息

在二进小波光顺算法和任意分辨率小波光顺算法研究及软件编制的基础上,分析研究了多分辨光顺过程中的精度控制问题.该方法对给定的任意光顺精度,通过线性假设预估控制精度对应的小波尺度,并通过迭代消除线性假设带来的误差,从而能够确保在满足光顺精度的前提下,用最少的控制顶点确定光顺曲线,并获得最好的光顺效果.整个光顺过程不存在插值与逼近等近似算法,光顺后的曲线仍然能够进行精确重构,符合小波分析的思想和精髓.

关键词：逆向工程多分辨分析光顺小波计算机图形学

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自由曲线局部光顺的分层能量算法

计算机辅助设计与图形学学报 2002年第10期14卷 959-961,966页

作者：吴维勇王小椿西安交通大学机械工程学院数控技术研究所西安710049

将曲线的小波多分辨分析与能量法相结合 ,构造曲线的分层能量光顺算法 .利用多分辨分析的数据压缩作用来提高能量法的效率 ,利用约束能量法来处理边界约束 .实践证明该算法可以灵活高效地进行曲线局部光顺 .

关键词：分层能量算法曲线能量法光顺小波分析

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非均匀三次参数样条曲线的能量最优光顺算法

计算机辅助设计与图形学学报 2005年第9期17卷 1969-1975页

作者：王远军曹沅复旦大学数学研究所上海200433 复旦大学数学科学学院上海200433

1996年,Poliakoff提出了一种具有广泛应用背景的的光顺算法,该算法将Kjellander算法推广到非均匀三次参数样条曲线的情形,但忽视了对坏点切向量的修改,而坏点切向量有时会严重影响光顺效果.据此,提出了同时修改坏点位置和切向量算法,导... 详细信息

1996年,Poliakoff提出了一种具有广泛应用背景的的光顺算法,该算法将Kjellander算法推广到非均匀三次参数样条曲线的情形,但忽视了对坏点切向量的修改,而坏点切向量有时会严重影响光顺效果.据此,提出了同时修改坏点位置和切向量算法,导出了光顺算法的显式公式,并且证明了该算法是能量最优的;还指出Poliakoff算法是文中算法的一种特例.大量的数值例子表明,文中算法具有很好的光顺效果,具有良好的应用前景.

关键词：光顺三次参数样条能量最优化

可去除自交且具有可调节光顺的非均匀有理B样条等距曲线生成方法

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计算机集成制造系统 2019年第8期25卷 1920-1926页

作者：林旭军张树有王进陆国栋浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室

针对CAD/CAM中非均匀有理B样条(NURBS)等距曲线经常产生自交的问题,提出一种新的NURBS等距曲线生成方法。基于带权重的控制点生成NURBS曲线,给出一种具有回溯可调节光顺的NURBS等距曲线生成方法。通过裁剪对等距曲线进行回溯,去除等距... 详细信息

针对CAD/CAM中非均匀有理B样条(NURBS)等距曲线经常产生自交的问题,提出一种新的NURBS等距曲线生成方法。基于带权重的控制点生成NURBS曲线,给出一种具有回溯可调节光顺的NURBS等距曲线生成方法。通过裁剪对等距曲线进行回溯,去除等距曲线中自交的线段,并对曲线的自交点处进行光顺处理。光顺处理的NURBS等距曲线在给定轮廓偏差下,可以根据实际需求实现过渡范围的可调节。在Qt的开发环境下对该方法进行了验证,取得了较好的效果。

关键词：自交非均匀有理B样条曲线等距曲线裁剪光顺

基于数字化光顺性指标的NURBS曲线自适应光顺

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计算机学报 2011年第8期34卷 1548-1555页

作者：王爱增赵罡穆国旺北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100191 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 河北工业大学理学院天津300401

目前曲线曲面光顺算法大都基于手工操作,自动化程度低,难以对曲线曲面进行自适应光顺.针对此问题,文中给出一种数字化光顺性指标SValue的定义,基于此定义,提出了一个对NURBS曲线自适应的光顺算法.该算法通过对曲线小波分解,得到其尺度... 详细信息

目前曲线曲面光顺算法大都基于手工操作,自动化程度低,难以对曲线曲面进行自适应光顺.针对此问题,文中给出一种数字化光顺性指标SValue的定义,基于此定义,提出了一个对NURBS曲线自适应的光顺算法.该算法通过对曲线小波分解,得到其尺度部分和细节部分.然后压缩细节部分得到光顺后的曲线,通过计算SValue来评定曲线的光顺效果.最后递归光顺曲线,直到满足光顺要求.与其它光顺方法相比,该方法不仅直观,而且光顺效果更佳,算法的自动性和自适应性更好.

关键词：光顺 B-样条小波曲线曲面

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基于曲率流的四边形主导网格的光顺方法

计算机学报 2008年第9期31卷 1622-1628页

作者：胡事民来煜坤杨永亮清华大学计算机科学与技术系北京100084

网格模型是计算机图形学和数字几何处理中运用最为广泛的三维几何表达方式.四边网格(以四边形为主的网格)由于其符合人们对几何形状变化的自然感知,在表示三维几何上有其独有的优势,并且可以更为直接地应用在几何造型、细分曲面、建筑... 详细信息

网格模型是计算机图形学和数字几何处理中运用最为广泛的三维几何表达方式.四边网格(以四边形为主的网格)由于其符合人们对几何形状变化的自然感知,在表示三维几何上有其独有的优势,并且可以更为直接地应用在几何造型、细分曲面、建筑设计等方面.文中针对四边形主导网格含有噪声的情况,设计了一种基于表面微分属性的光顺方法,该方法具有易实现、计算效率高的特点.基于曲率流的几何扩散可以有效地保持原网格的几何特征,同时还针对四边形主导网格的T-顶点进行了特殊处理.

关键词：网格四边形光顺

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基于偏微分方程的隐式曲面光顺方法

计算机学报 2004年第9期27卷 1264-1271页

作者：童伟华陈发来冯玉瑜中国科学技术大学数学系合肥230026

提出隐式曲面的光顺问题 .针对该问题 ,给出刻画隐式曲面光顺程度的能量模型 ,并将能量解释为关于隐函数的泛函 .基于变分原理 ,构造出隐函数关于时间的偏微分方程 ,通过求解该方程得到隐函数序列 ,使得光顺能量逐渐变小 ,从而达到光顺... 详细信息

提出隐式曲面的光顺问题 .针对该问题 ,给出刻画隐式曲面光顺程度的能量模型 ,并将能量解释为关于隐函数的泛函 .基于变分原理 ,构造出隐函数关于时间的偏微分方程 ,通过求解该方程得到隐函数序列 ,使得光顺能量逐渐变小 ,从而达到光顺隐式曲面的目的 .另外 ,针对光顺问题提出的其它约束条件 ,如尽可能保持面积不变 ,保持原有的形状特征等 ,对模型进行修正 .最后 ,给出方程的实用解法及实验结果 ,并作简单讨论 .实验结果表明该方法通用、灵活、有效 ,而且程序易于实现 .

关键词：隐式曲面光顺变分原理偏微分方程数值解