[发明专利]基于G1连续三角Bézier曲面的产品STL模型重建方法

说明书

技术领域

本发明提供一种基于G¹连续三角Bézier曲面的产品STL模型重建方法，属于产品逆向工程领域。

背景技术

产品逆向工程中，G¹连续三角Bézier曲面能精确重现产品型面特征，研究基于逆向工程系统输出的产品STL模型构造G¹连续三角Bézier曲面相关算法，对提高反求模型精度、精确重现产品型面特征具有重要意义。

对现有的技术文献检索发现，柯映林等在学术期刊《浙江大学学报》1995，29(1)，P44-51上发表的论文“显式Bézier三角曲面的C¹构造”中，采用CT分割插值法对三角面片进行CT分割，将三角面片间的G¹拼接转化为分割面片间的G¹拼接，该方法只能处理三角面片形状规则的产品STL模型，当产品STL模型三角划分不规则时，三角面片经过CT分割将生成一些畸形面片，这些畸形面片将严重影响插值曲面的质量。

张桃红等在学术期刊《系统仿真学报》2007，29(19)，P4394-4398上发表的论文“五次B-B曲面片构造G¹连续曲面重构方法”中，提出将三角Bézier曲面片的阶数升高到五次构造整体G¹连续曲面的计算方法，该方法从方向导数的定义出发，基于G¹连续曲面充分条件通过最小二乘方法拟合已知点的双变量函数，直接计算已知点的一阶、二阶方向导数得到控制点的计算公式，并分别对三角Bézier曲面片的内部和边界两种情况进行了推导，构造出G¹连续的散乱数据插值曲面，该方法需调整计算多个控制点才能实现三角Bézier曲面片的G¹拼接，算法运行效率低。

朱本富在1997年发表的博士学位论文“CAD/CAM中基于三角域的散乱数据几何造型研究”中，提出了直接用六次三角Bézier曲面片构造G¹连续的散乱数据插值曲面的方法，该方法计算每个三角Bézier曲面片的控制点达到28个之多，计算量大。

综上所述，现有的基于产品STL模型构造G¹连续三角Bézier曲面的方法存在计算三角Bézier曲面片控制点繁琐，算法运行效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于G1连续三角Bézier曲面的产品STL模型重建方法，以精确重现产品STL模型的型面特征，提高产品精度。其技术方案为：

一种基于G¹连续三角Bézier曲面的产品STL模型重建方法，其特征在于步骤依次为：1)读产品STL模型数据到存储器中，并为产品STL模型数据建立线性链表存储结构，改进R*-树得到适合于存储产品STL模型数据的动态空间索引结构R*S-树，基于该R*S-树建立产品STL模型的动态空间索引结构；2)基于R*S-树动态空间索引结构的范围查询算法快速获取产品STL模型中共产品STL模型顶点的三角面片集，以该三角面片集作为产品STL模型顶点的局部型面参考数据，获取该局部型面参考数据中三角面片的个数，计算其中每个三角面片的法向矢量和面积，求解产品STL模型顶点的法向矢量；3)根据产品STL模型中三角面片顶点的位置矢量和法向矢量，对三角面片进行三次三角Bézier曲面片构造；4)将三次三角Bézier曲面片进行升阶处理，获取五次三角Bézier曲面片，采用五次三角Bézier曲面片拼接算法将生成的五次三角Bézier曲面片逐个进行G¹拼接；5)采用De Casteljau算法生成G¹连续三角Bézier曲面。

为实现发明目的，所述的基于G1连续三角Bézier曲面的产品STL模型重建方法，在步骤1)中，改进R*-树动态空间索引数据结构得到R*S-树的方法具体是：将三角面片及索引结点MBR即最小包围矩形统一表示为四维点对象(x，y，z，r)，其中x，y，z为MBR中心坐标，r为MBR外接球半径值，通过三角面片集合的聚类分簇，构建产品STL模型动态空间索引结构。