外文翻譯---在逆向工程中對(duì)適合曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)云的預(yù)處理 中文版.doc

在逆向工程中對(duì)適合曲線的數(shù)據(jù)點(diǎn)云的預(yù)處理逆向工程已經(jīng)成為一種從現(xiàn)存物體通過(guò)CMM測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)重建CAD模型的重要工具.在逆向工程中首要的問(wèn)題是:測(cè)量到的點(diǎn)具有不規(guī)律形式和不對(duì)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(yù)先處理數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)擬合曲線的方法。適合B-spline形式之前來(lái)處理先前測(cè)量得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)的方法已經(jīng)得到了發(fā)展。通過(guò)這種方法產(chǎn)生的新的數(shù)據(jù)點(diǎn)形式，適合建立光滑精確B-spline曲線的要求。這種方法的整個(gè)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(shí)施和用于實(shí)踐應(yīng)用。重建的結(jié)果證實(shí)了此方法與目前流行的商業(yè)CAD系統(tǒng)的結(jié)合能力。關(guān)鍵字：擬合曲線；預(yù)先處理數(shù)據(jù)點(diǎn)。逆向工程1介紹隨著計(jì)算機(jī)硬件的軟件技術(shù)的發(fā)展，對(duì)促進(jìn)產(chǎn)品發(fā)展的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)觀念在工業(yè)領(lǐng)域已被廣泛地接受通過(guò)新的CAD技術(shù)的發(fā)展,設(shè)計(jì)和制造之間的間隙已逐漸變得越來(lái)越密切。在正常的自動(dòng)化制造環(huán)境下操作順序經(jīng)常是通過(guò)用CAD系統(tǒng)創(chuàng)建的幾何模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始，在幾何模型的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生機(jī)器制造指令將原材料轉(zhuǎn)化成最終產(chǎn)品然后結(jié)束。由于意識(shí)到現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在產(chǎn)品發(fā)展和制造中的優(yōu)勢(shì)，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(lái)。1例如，在設(shè)計(jì)汽車(chē)主體控制面板時(shí)，設(shè)計(jì)者和藝術(shù)家關(guān)于控制板的構(gòu)想到底是在什么樣的基礎(chǔ)上制造黏土模型。2.沒(méi)有最初的草圖，確切的記錄模型在哪里？3.在制造中由于設(shè)計(jì)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(cè)量現(xiàn)存的物理實(shí)體開(kāi)始，這樣推斷出來(lái)的CAD模型可以更好的利用CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。逆向工程經(jīng)?？梢约?xì)分為3個(gè)階段：電子數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)分割，和用CAD模型構(gòu)建一個(gè)物理模型。樣本起先用CMM或激光掃描儀測(cè)量以得到以三維坐標(biāo)形式存在的幾何圖案的信息。然后，為了更進(jìn)一步的處理,測(cè)量結(jié)果被分割成拓?fù)錉?。就重建模型?lái)說(shuō)，每個(gè)小區(qū)域就代表一個(gè)簡(jiǎn)單的可以用數(shù)學(xué)方面知識(shí)描繪其簡(jiǎn)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(cè)量部分或樣本的模型。然而，在實(shí)際測(cè)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(cè)量和準(zhǔn)確重建一個(gè)好的CAD模型的情況。一些表面測(cè)量的數(shù)據(jù)可能是不規(guī)律的，還有一些測(cè)量誤差或者表面是不要求的。如圖1所示，測(cè)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(diǎn)，因此，CMM探針不能獲取一套完全的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)重建整個(gè)物體的表面。圖1，在一個(gè)實(shí)際測(cè)量情況中的一般的問(wèn)題在逆向工程中，現(xiàn)存實(shí)體的測(cè)量，可以通過(guò)接觸式測(cè)量或非接觸式測(cè)量技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而無(wú)論用什么技術(shù)，這里都有一系列獲取數(shù)據(jù)的實(shí)際問(wèn)題，例如，噪聲和不完全數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有簡(jiǎn)單的程序去校對(duì)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。這些問(wèn)題將引起令人不期望的CAD模型的重建問(wèn)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(diǎn)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(diǎn)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(méi)有先前提到的問(wèn)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(jié)合起來(lái)。2B-spline曲線理論通過(guò)含參數(shù)的方程，絕大多數(shù)外觀基礎(chǔ)上的CAD系統(tǒng)都表達(dá)了構(gòu)造模型的要求，如Bezier曲線或B-spline曲線形式，最長(zhǎng)用的是B-spline形式，在目前商業(yè)系統(tǒng)中，B-spline曲線是標(biāo)準(zhǔn)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(shì)。用可預(yù)測(cè)的普通方法來(lái)移動(dòng)控制點(diǎn)影響曲線形狀，使它們兩者成了構(gòu)建曲面較好的曲線形式。這兩種不同類(lèi)型的曲線都具有控制點(diǎn)少，獨(dú)立的對(duì)稱軸和綜合價(jià)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(shì)超過(guò)了Bezier技術(shù)。如增加控制點(diǎn)而沒(méi)有增加曲線的度數(shù)的能力?？紤]到現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用的要求，在這篇論文中B-spline技術(shù)被用來(lái)代表曲線和曲面。一條B-spline曲線設(shè)定了連接n+1個(gè)控點(diǎn)。通過(guò)下面的列子給出了一條含參數(shù)的B-spline曲線：對(duì)于B-spline曲線，這些變量參數(shù)的度數(shù)經(jīng)常通過(guò)參數(shù)K控制，它對(duì)應(yīng)控制點(diǎn)的數(shù)量。一條B-spline曲線基本功能通過(guò)下面的表達(dá)式來(lái)定義：3.擬合如果從現(xiàn)存的數(shù)據(jù)中測(cè)量一些數(shù)據(jù)點(diǎn)，擬合曲線不許經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)點(diǎn)。最新的擬合技術(shù)，用接近的算法規(guī)則，在迭代方法的基礎(chǔ)上，一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)形成了B-spline曲線。假如一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)，在一條不知道參數(shù)值的曲線P中，K從1到N決定一個(gè)準(zhǔn)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(gè)問(wèn)題，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的參數(shù)值必須被假定出來(lái)。矢量的節(jié)點(diǎn)和曲線的度數(shù)也是要求的。在實(shí)際應(yīng)用中度數(shù)一般都是3，參數(shù)值的確定可以通過(guò)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(diǎn)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(zhǔn)確的B-Spline曲線，還要求一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)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(dāng)應(yīng)用程序?yàn)榱耸挂幌盗袛?shù)據(jù)點(diǎn)能適合-Spline曲線，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)必須以指定的順序讀入。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)不是按順序的，這將引起未預(yù)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(diǎn)對(duì)擬合曲線來(lái)說(shuō)是比較好的。在實(shí)際的測(cè)量中，一些因素如機(jī)器的顫抖，系統(tǒng)中的噪音，和被測(cè)量物體表面的粗糙，這都將影響測(cè)量的結(jié)果。所有這些現(xiàn)象都將引起在經(jīng)過(guò)問(wèn)題點(diǎn)的曲線的局部顫抖。因此，對(duì)于產(chǎn)生一個(gè)高質(zhì)量的B-Spline曲線，光滑有序的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是必須的。獲得均勻分布的數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以提