基于曲线的点云模型直接分层算法研究

• 作 者: 王耀
• 出 处: 内蒙古科技大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 点云模型 曲线 增材制造 分层算法

增材制造作为一种引领产业变革的颠覆性制造方法,目前受到各个领域的重视。该项技术是在三维数据模型转化为二维切片模型后采用增加材料的方式进行加工制造,也就是逐层叠加制造原理。作为如何把三维模型切片成二维数据的分层技术是增材制造技术中前期处理必不可少的环节之一。而点云数据模型作为一种由点构成的三维数据模型,目前众多专家学者们正在研究基于点云数据的分层技术。如何准确地获取分层轮廓点和分层轮廓线是目前该技术研究中的重难点问题。经过大量的文献调研,本文在现有基于点云模型的分层算法研究基础上,针对上述问题展开了研究并取得了一定的进展,主要体现在以下三个方面:(1)投影法中最常用的是通过线性投影来获取分层轮廓点,但仍需利用其他方法从由线性投影得到的点集中提取相对准确的分层轮廓点,步骤繁琐;而曲线投影方面的研究较为欠缺。本文提出了基于曲线投影的点云模型分层算法,利用划分区域内的选定点及其最近点集通过最小二乘法拟合得到二次曲面,利用选定点、其在二次曲面上的法向量及切片平面的法向量得到轨迹平面,二次曲面与轨迹平面相交得到轨迹线,然后选定点沿着轨迹线投影到切片平面上得到初始分层轮廓点,再利用B样条曲线来拟合分层轮廓线。(2)利用截交法也可获取分层轮廓点,其常用的是直线截交,虽比线性投影精度要高,但仍有较大的精度损失,而且关于曲线截交的研究目前基本没有。本文提出了一种基于曲线截交的点云模型分层算法,利用最近距离法选出分属切片平面上下区域的最近点对集,再利用最近点对集中的选定点及其最近点通过最小二乘法拟合得到二次曲面,利用选定点与其对点的连线及切片平面的法向量得到截交平面,二次曲面与截交平面相交得到截交线,然后截交线与切片平面相交得到初始分层轮廓点,再利用B样条曲线来拟合分层轮廓线。(3)基于曲线投影的分层算法可以得到分层轮廓点,但因投影点数量较多,导致程序运算时间较长。因此,针对该问题,本文结合截交法中选取最近点对集的方法,改进了上述基于曲线投影的分层算法,即仅投影由最近距离法选出的最近点对集中的点。为了验证上述三种算法的实用性,采用多种点云模型对其进行了验证,结果表明:三种算法均可以较好地获取分层轮廓点且稳定性较好。同时,总结了本文的创新点以及不足之处,并指出了基于点云模型的分层算法未来的可研究和发展方向,为进一步深入研究基于点云模型的分层算法提供了有益参考。