基于三维模型重构技术的公路预制构件尺寸检验评价方法

为使公路工程异形混凝土预制构件的制造尺寸检验评价适应工业化建造要求,应用三维模型重构技术检验评价了异形混凝土预制构件尺寸,提出了高精度、自动化异形混凝土预制构件尺寸检验评价方法,包括三维模型重构、点云数据处理和检验评价体系3个环节;总结了基于三维摄影的点云模型重构技术的原理和关键环节,研究了基于坐标转换和包围盒的无关点...     

涡轮叶片逆向建模与特征参数提取

为了在已有涡轮叶片实物基础上进行再创新设计,采用激光扫描仪对涡轮叶片进行数字化扫描,提出了在三维测量得到涡轮叶片点云数据的基础上,准确进行逆向建模、反求几何参数和提取气动特征参数的逆向设计方法.根据涡轮叶片的几何参数反求和提取气动特征参数要求,基于获取涡轮叶片的截面点云图,用五次多项式曲线拟合叶盆和叶背,并用圆弧逼近叶形前后缘.基于该方法,采用Matlab软件对涡轮截面线点云进行拟合,反求得到了叶身型线方程,拟合偏差控制在之内,能够获得准确的叶片截面型线和气动特征参数.      

管线三维建模及可视化分析

管线是主要的城市基础设施之一，管线三维建模与可视化是构建“数字城市”的重要内容。采用断面与体面三角剖分拟合方法构建弯曲管线、三连通管线的三维模型，给出建模的方法和步骤，以OpenGL作为三维图形应用程序接口，实现管线三维建模及可视化。     

车门内板复杂钣金件逆向建模方法探讨

以某轿车前后车门内板为例,探讨复杂钣金件的逆向设计过程和方法。通过手持式三维激光扫描仪的非接触式测量获取前后车门内板的点云数据。利用Geomagic Studio 12软件进行前期点云处理。基于CATIA V5 R17软件平台的自由曲面、创成式外形设计、数字化外形编辑器、快速曲面重构等模块完成前后车门内板的曲面重构,并进行相应的曲面质量检查。对复杂钣金件的逆向建模流程和方法以及车门内板曲面质量的评价指标进行了相关探索。     

基于PCL的人体模型自动化修形研究

提出了基于患者人体点云数据的修形曲面自动化建造方法.利用三维激光扫描仪获取人体点云数据,滤波后将点云数据分割成骨盆、腹腔和胸腔三部分,根据三点加力矫形原理提取用于设置伸展空间和施加矫形压力的点云数据,施加变换操作;最后实现点云数据的拼接,创建人体修形曲面.设计案例表明该方法为矫形支具自动化设计奠定基础.     

汽车零部件逆向三维设计中改进设计质量的若干方法探讨

汽车零部件和车身钣金件逆向设计中,为了减少三维模型与点云的误差、保证模型满足功能需求、提高设计模型的质量,提出了校正基准、点云分块、正逆向结合、阵列特征统一参数、以加工精度要求划分设计工作重心等方法,可降低建模工作的复杂度,减轻设计工作量,改进逆向设计模型的质量。     

基于逆向工程的车身A级曲面建模

介绍了逆向设计在车身产品开发中的关键技术:如何采集车身外形点云数据及创建曲面数学模型;归纳总结了汽车A级曲面的概念、技术要求及一般建模方法,以某轿车尾箱A面的设计为例阐述设计方案、曲面生成和轮廓线提取等关键技术。     

基于Harris特征与NDT-ICP算法的钢箱拱预制件尺寸智检方法

针对桥梁建造时传统人工尺寸检测在面对海量桥梁预制件时效率低、成本高的难题,使采用地面激光扫描(TLS)技术的智能尺寸检测突破现有数据处理算法的精度与效率瓶颈,建立了基于建筑信息模型(BIM)-TLS的桥梁钢预制件尺寸智检框架,包含构件几何尺寸检测与数字预拼装2个环节;二次开发了BIM点云化处理技术,构建了参照点云模型,采用直通滤波、统计去噪(SOR)滤波、体素化网格(VG)处理等算法预处理点云数据,实现了基于k近邻(kNN)算法的尺寸检测指标评价;通过3D-Harris特征点检测、正态分布变换(NDT)粗配准与迭代最近点(ICP)精配准提出了基于Harris特征与NDT-ICP算法的快速配准尺寸智检策略,并结合工程需求应用于某大跨拱梁组合结构钢箱拱预制件尺寸智检中。研究结果表明：采用提出的智检方法对2个相邻节段钢箱拱进行尺寸检测的最大偏差分别为1.689和1.571 mm,均满足制造偏差(小于2 mm)要求;与传统NDT-ICP算法相比,该方法将点云整体配准精度提高了35.3%,效率提高了61.88%,可见该方法表现高效且结果准确,促进了钢预制件几何尺寸检测智能化;基于该方法的拱肋数字...     

钢轨断面全轮廓磨耗的激光视觉动态测量

钢轨磨耗直接影响铁路运行安全,为了替代目前手工测量方式,提高测量精度和效率,研究并设计了线激光钢轨断面全轮廓视觉测量系统来实现钢轨磨耗动态测量.首先通过计算激光视觉测量模型完成激光测量单元的结构设计,然后采用平面标定法对测量头进行精确标定,获取激光平面与传感器成像平面之间的映射关系,将拍摄的钢轨轮廓光条图像还原为实际钢轨断面轮廓;利用钢轨同一截面两侧轮廓中轨头踏面轮廓相同的特征获取钢轨断面全轮廓数据,采用ICP精确配准将钢轨两侧测量轮廓合并,其中轨头踏面轮廓采用欧式聚类和距离分割方法提取;最后以双侧未磨损轨腰轮廓及其特征点为基准,将测量钢轨全轮廓与标准钢轨轮廓进行配准对比,获取钢轨磨耗值;将线激光钢轨磨耗测量单元装载于自行研制的轨道测量小车上进行现场测量试验.研究结果表明:该测量系统标定精度可达4.922×10^-3 mm,测量速度可达21.6 km/h,与钢轨磨耗尺测量值对比垂直磨耗、侧边磨耗平均偏差约为0.023 mm和0.093 mm,对同一对象多次重复测量最大偏差小于0.05 mm,该测量精度满足公务要求,提高了测量效率,便于铁路测量数字化管理.     

地面激光扫描和数码相机在化石重建中的应用

三维激光扫描技术作为一项新的测量技术,可以快速高效且准确地获取测量目标的高精度点云数据,为测量数字化的发展提供新的选择。介绍地面三维激光扫描仪工作原理、类型及数据处理方法。以中国地质大学化石林中的化石为例,研究化石点云数据获取、处理、三维模型重建和纹理粘贴的基本方法,试验表明这种方法有效可行。     

基于点云的预制节段梁成品检测及虚拟预拼装技术研究及应用

交通强国目标促进着桥梁建造技术的发展,预制节段梁作为新型桥梁建造技术日趋成熟。在采用短线法进行节段梁预制、安装的过程中小误差易被累计放大,影响成桥线型。对此,以黄茅海跨海通道混凝土节段梁为研究对象,采用“理论+实例”的思路,系统地研究了基于点云的预制节段梁成品检测及虚拟预拼装的成套解决方案,即通过三维激光扫描仪快速获取节段梁的外形轮廓尺寸,研究随机抽样一致算法（RANSAC）对各切片进行自动化边界拟合及角点位置提取实现成品检测;采用普氏分析法（PA）和迭代最近点法（ICP）相结合的方法进行虚拟预拼装技术研究。结果表明：通过点云技术可实现节段梁成品外观尺寸的检测,准确高效;虚拟预拼装技术可有效控制节段梁相邻节段的匹配误差,保证成桥线型提高预制节段梁的质量。     

并行时域有限差分法网格自动剖分技术

为了构建适合于时域有限差分法求解的离散几何模型,摆脱大量繁杂的手工操作,提出了一种高效的大规模并行时域有限差分法网格自动剖分技术.该并行剖分方法将三角面元计算机辅助设计模型文件作为输入数据,能够自动建立包含多种介质的任意三维实体网格模型,且其并行执行过程中无需过多的数据交换,并行效率可达99%.基于该离散模型自动生成技术,采用时域有限差分方法,计算了含微带板的简易计算机机箱耦合效应,其计算结果与商用电磁仿真软件的计算结果相吻合,表明该剖分方法的准确性.最后,通过250个处理器核,并行剖分了网格规模约6亿的某真实计算机机箱模型,其并行剖分时间仅为0.2 s,验证了该并行剖分方法的高效性,表明该网格剖分技术能有效地解决大规模并行时域有限差分法的离散几何建模问题.      

逆向工程CAD建模技术应用研究

结合某车型制动踏板支架的逆向设计,介绍了基于曲面特征的建模策略和方法,详细分析了扫掠面和旋转面的重构方法,以及逆向设计建模过程中特征曲线提取的方法与技巧.     

基于逆向技术的差速器锥齿轮特性分析

介绍了逆向工程的基本思路和方法,以锥齿轮为研究对象,利用三维坐标扫描仪获取锥齿轮表面的云状数据,并通过Imageware逆向软件对测量数据进行处理,从而实现锥齿轮的逆向造型设计,同时对锥齿轮进行了有限元分析。     

基于Google Earth的岩层产状测量方法

针对传统的野外测量方法在自然条件恶劣区域测量难度大、效率低的问题,提出了利用Google Earth提供的数字地形和影像数据,通过C#编程实现全球任意区域浅层岩层产状批量快速计算的方法.该方法以Google Earth作为三维地理信息平台,通过Google Earth COM API实现与Google Earth交互,动态提取岩层分界点坐标数据;将WGS84椭球系下的大地坐标通过高斯投影变换为平面坐标,利用最小二乘原理对岩层面方程进行拟合,根据拟合出的平面方程计算岩层产状要素,并通过KML语言实现测量结果的三维可视化.应用实验表明,该方法具有获取数据便捷、可实时调整岩层分界点、计算结果直观可视等优点.      

反求工程中点云数据的获取

反求工程CAD建模数据点的获取技术,是利用相应的测量设备或扫描设备对测量对象进行测量或扫描,以形成产品三维实物模型的技术。目前使用最广泛的是光学测量法。该方法是一种非接触式方法,采用这种方法可进行全场测量,也可以逐点、逐线扫描测量。为了能够快速而准确地反映被测物体的面型特征,采用线扫描测量法。此方法的测量精度比投影光栅全场测量法高,测量速度比点扫描法快。     

沥青路面表面纹理三维高精度激光非接触式检测

为实现沥青路面纹理构造高精度自动检测,借助三维激光技术实现路面纹理三维重构,提出模拟铺砂的沥青路面构造深度测量方法.首先采用高精度三维激光扫描仪获取雅康高速公路沥青路面0.1 mm精度三维高程数据,同时人工铺砂法获取对应区域的宏观构造深度值;其次通过数字图像处理技术实现重构沥青路面三维云图并进行数据噪声处理;最后设计四连通多种子组合填充算法,实现在滤波后的三维路面纹理云图上自动铺砂并获取路面纹理宏观构造深度值.研究结果表明:模拟铺砂测量方法与人工铺砂法测量的平均构造深度(MTD,M)的平均绝对误差为0.052 mm,两者相关系数为0.96.研究成果验证了用非接触式路面纹理测试替代现有的接触式路面摩擦性能测试的可行性,为道路交通安全网级监测与管理奠定基础.     

基于改进区域生长的非均匀点云平面分割研究

采用区域生长法进行点云平面分割,点云的非均匀性会导致初始种子点选取困难,对此提出改进区域生长法,结合一致性检验实现非均匀点云的平面分割。首先基于协方差矩阵特征值进行网格均匀性分析,将网格划分为均点网格和非均点网格;然后在均点网格构成的均点数据集内确定区域生长的初始种子点,确保初始种子点附近的点云均匀连续,并基于法向量和曲率制定生长规则,提取均匀区域的生长性内点;最后通过一致性检验提取非均匀区域点云的非生长性内点,实现面域内点的全面提取。以某混凝土组合箱梁预制模板为试验对象,分析表明,与传统曲率最小准则相比,所提出的方法能在邻域点数量较小时快速选取合适的初始种子点,保证计算效率且具有更强的适用性和稳定性。该算法实现了点云均匀区域和非均匀区域的划分,为均匀性、连续性较差的点云平面分割提供新的方法。     

基于金字塔特征融合的二阶段三维点云车辆检测

针对三维点云鸟瞰图特征提取不充分导致车辆目标检测性能欠佳问题,本文提出一种基于金字塔特征融合的二阶段三维点云车辆目标检测算法。首先通过降维处理并利用体素占用编码原始三维点云,得到二维特征图输入;然后,利用上采样网络传递高层语义特征,下采样网络传递低层位置特征,构建一阶段金字塔网络结构提取车辆目标特征;最后,通过候选区域提取层得 到不同尺度的候选区域,利用兴趣区域池化层对齐各候选区域尺度,并采用全连接层融合多尺度特征,提取不同感受野下车辆目标特征;此外,在损失函数方面,补充正余弦角度损失并加权到总损失函数中,优化车辆目标航向角预测。基于KITTI公开数据集的实验分析表明,本文算法相较基准网络能够有效补充三维点云鸟瞰图特征提取,在不同难度的检测任务中平均检测精度提高 了5.07%~8.59%。     

非流形造型的主船体快速分舱方法

为解决自底向上逐一生成舱室的分舱方法需要花费大量时间,提出了一种自顶向下的船舶参数化分舱方法,利用舱壁位置参数与内壳折点位置参数驱动生成分舱理论面,再用分舱理论面切割主船体,利用非流形造型技术及其布尔运算生成舱室.分析结果表明:该方法只需舱壁位置与内壳折点信息,即可进行参数化分舱,避免了大量舱室型值信息的输入,降低了舱室定义的复杂性;通过非流形造型记录了分舱时的过程信息,修改模型时只需对这些信息重组即可,实现了分舱模型的快速重塑.可见,该方法能够快速实现船舶分舱与舱容计算,为船舶三维参数化设计奠定了基础.