基于长方体素柱的模型创建和三维重构

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反求工程是以设计方法学为指导,以现代设计理论、方法、技术为基础,对已有新产品进行解剖、深化和再创造,是已有设计的再设计,是应用于产品开发和仿真制造的一种并行开发系统。反求工程的目的是为了改善技术水平、提高生产率和增强经济竞争力。目前,对反求工程的研究,大都集中在工业CT技术上。对于工业CT的研究,广大学者都集中在扇束扫描和锥束扫描方式和与其对应的FBP算法和FDK算法上。该两种算法有个共同的缺点就是,在待反求实体的每一个虚拟断层上都需要扫描360次,对于一个虚拟断层为100的待求实体,其扫描次数是36000次,因此探测器探测到的数据庞大,算法求解需要处理的数据庞大、复杂,测量的操作繁琐。  本论文利用平行光束扫描方式,创建了基于体素数据场内的体素柱的立体数学模型。对于一个虚拟断层为100的待求实体,只需要在各个坐标轴方向上一次扫描,其扫描次数是300次,所以,探测器探测到的数据减少了90%以上,所创建的体素柱立体数学模型算法所需要处理数据大为减少。相对于基于扇束扫描的二维层数据 FBP算法和基于锥束扫描的二维层数据FDK算法,本论文的算法模型是一种改进和创新的算法模型。在编程计算求解时,内存占用少,计算机运行快,所需时间短,从而提高了三维实体的重构速度和效率,而且立体模型较二维模型在实体重构时降低了层与层之间的衔接误差。  实体重构是利用VB.NET语言调用SolidWorks软件的二次开发函数,利用立方体构成的长方体体素柱来重构实体。在重构过程中,为了提高实体重构效率,采用了分层存储、后台退出的方法,重构完一层后将其就保存,最后把所有的层组装成实体。  对用立方体体素堆积出来的实体模型进行光顺处理,采用蒙皮法进行曲面替换。本文着重研究了轮廓数据点的提取、排序、平滑滤波以及多轮廓情况下的分离和排序并利用SolidWorks软件进行曲面编辑,曲面替换。  具体实例模型求解和实体重构及其误差分析表明,模型算法和重构方法的精度满足工程要求且对反求工程的进一步研究有重要参考价值。
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