基於偏置最佳化策略的三維掃描數據實體化造型方法研究

《基於偏置最佳化策略的三維掃描數據實體化造型方法研究》是依託南京理工大學，由張長東擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於偏置最佳化策略的三維掃描數據實體化造型方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張長東
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

數位化設計技術以及增材製造技術的共同飛躍推動了個性化定製產品的套用需求，面向掃描數據的實體化造型是一類重要的數位化設計方式。針對造型過程中因自交區域去除、偏置曲面擬合而導致的偏置效率較低、細節形態丟失等問題，研究基於偏置最佳化策略的掃描數據實體化造型設計方法。採用啟發式智慧型搜尋策略探討分割路徑的實時互動提取方法，為基格線設計提供分割工具；引入Morse理論提取採樣點，研究限定區域內有向距離場函式的隱式曲面表示原理，根據採樣點密度自適應設定空間劃分的尺寸及層次，構建無自交的初始偏置曲面；利用單一曲率參數調整三角片的分布密度，最佳化初始偏置曲面的格線分布，實現離散曲面的自適應重新格線化；構建基格線與初始偏置曲面之間的位置對應關係，研究基於多權重特徵約束的疊代微分域曲面變形方法，補償因隱函式擬合重建產生的細節損失和偏置精度損失，為掃描數據的實體化造型提供基礎理論支撐。

結題摘要

近年來，增材製造技術獲得了廣泛關注與快速發展，有望推動製造業的新一輪技術變革。充分利用增材製造可以加工幾乎任意複雜模型的優良特性，開展面向增材製造的創新設計方法研究，是實現結構輕量化、設計引導製造、功能驅動設計的重要途徑。 曲面偏置是實現均勻/非均勻壁厚三維模型設計所需的關鍵措施，是三維模型輕量化設計、三維模型創新設計所需的關鍵基礎技術。然而，傳統的偏置造型方法極易因自交區域去除、偏置曲面擬合而導致偏置效率較低、細節形態丟失等問題。鑒於此，本項目研究了基於偏置最佳化策略的三維掃描數據實體化造型方法，主要研究內容及主要研究成果如下： (1)完成了三維分割路徑實時互動提取 研究了基於啟發式搜尋策略及A*搜尋策略的最優路徑智慧型提取技術，可在需要個性化設計的三維曲面上分割出任意形態的子區域曲面。 (2)初始偏置曲面重新格線化方法研究 研究了基於Halfedge半邊拓撲結構的離散格線曲面高效編輯理論，實現了細節特徵保持、曲面邊界約束的重新格線化方法。 (3)可實現細節精度補償的微分域變形方法研究 通過設定多組權重係數約束變形點與對應目標點之間的變形量，並對初始偏置曲面邊緣施加約束變形，提高了偏置曲面與原始曲面的邊緣密合度。 (4)基於偏置曲面造型方法的三維晶格填充結構造型設計方法 將偏置曲面造型方法與晶格曲面造型技術相結合，通過對三維零件外表面執行系列偏置處理，實現三維模型的殼體化造型設計，構建有一定厚度的薄殼模型。 項目研究成果為個性化三維實體模型的數位化定製提供了一套參考解決方案，亦為三維模型輕量化設計技術提供了一種較為靈活的數位化設計方法。項目研究面向增材製造所需的三維模型數位化設計領域，且與口腔修復體造型、晶格造型、增材製造工藝數據處理相結合，對於拓展三維零件的設計自由度、充分發揮增材製造的技術優勢意義明顯。 本項目發表論文6篇，申報發明專利3項，專利成果轉化300.8萬元，協助培養研究生4名。