[发明专利]一种组合曲面的偏置方法

说明书

本发明属于计算机辅助设计与制造领域，并公开了一种组合曲面的偏置方法，包括以下步骤：(1)将原始曲面模型离散生成原始三角网格模型，并构建其法向向量信息；(2)判断原始网格点处于连续还是非连续区域；(3)针对(2)中缺口区域的原始网格点进行网格填补；(4)对原始网格点与原始三角网格模型进行整体自相交检测；(5)在原始三角网格模型上，去除(2)和(4)中判断的自相交区域；(6)对(1)中包含法向向量信息的原始三角网格模型进行偏置；(7)对偏置三角网格模型上产生的空洞进行填补。本发明有利于解决工业应用中存在的基本问题，不仅提高了适用性和效率，易于实施，灵活性较高，有利于推广应用。

技术领域

本发明属于计算机辅助设计与制造领域，更具体地，涉及一种组合曲面的偏置方法。

背景技术

在计算机辅助设计与制造领域中，曲面模型的偏置广泛应用于快速成型技术，数控加工，机器人路径规划等多个领域。在快速成型领域中，曲面模型偏置可以对几何模型进行预处理，改善模型上由于通过层与层的制造方式而导致的模型质量与精度降低的情况，修补曲面上由于曲面不连续而造成的褶皱等缺陷。一套完善的组合曲面模型的偏置方法不仅可以提高产品的质量，减少废品率。同时，可以提升加工效率，在工业领域有着重要作用。

经对现有文献进行检索，有关曲面模型的偏置的方法如下。

第一种方法是通过偏置模型所有的曲面，针对偏置后的曲面通过对曲面进行裁剪或延伸的方式，将偏置后的曲面重建成一个封闭的三维模型，即为偏置后的曲面模型。首先针对模型上的点进行偏置，生成球体，针对模型上的边进行偏置，生成圆柱体，针对模型上的面将面进行偏置，生成平行平面，然后对偏置之后的相交区域进行裁剪并延伸。这一类方法计算非常复杂，在曲面切向接触区域容易出现数值不稳定等情况。

第二种方法是将曲面离散成三角网格模型(QU X,STUCKER B.A 3D surfaceoffset method for STL‐format models[J].Rapid Prototyping Journal)，通过对三角网格模型的网格点进行偏置实现对曲面模型的偏置。其中，网格点的法向矢量通过计算与该网格点相连接的三角片法向矢量的平均矢量得到的，这种方法仅仅适用于网格点位于较为连续，平缓曲面上的情况，对于尖边或者尖点区域可能会造成拓扑冲突等错误发生。同时，该方法极大程度上依赖三角网格的离散方式，不同的离散方式可能会造成网格点对应的法向矢量不等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种组合曲面的偏置方法，保证了模型偏置的精确性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种组合曲面的偏置方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)将组合曲面的原始曲面模型离散生成原始三角网格模型，并构建原始三角网格模型的法向向量信息；

(2)判断原始三角网格模型中的原始网格点处于连续区域还是非连续区域，对非连续区域的各原始网格点进行偏置计算，并识别偏置计算后的原始网格点是否会产生缺口或处于自相交区域；

(3)针对步骤(2)中产生缺口的原始网格点，在原始三角网格模型中进行网格填补；

(4)对原始网格点与原始三角网格模型进行整体自相交检测；

(5)在原始三角网格模型上，去除步骤(2)和步骤(4)中的自相交区域；

(6)对步骤(1)中包含法向向量信息的原始三角网格模型进行偏置，获得偏置三角网格模型；

(7)对偏置三角网格模型上产生的空洞进行填补。

优选地，步骤(1)中，为原始三角网格模型上的网格点和网格边建立法向向量信息。

优选地，步骤(2)包括以下子步骤：