[发明专利]一种基于隐式建模的高效曲面增厚方法

说明书

本发明公开了一种基于隐式建模的高效曲面增厚方法，首先获取目标板材的几何形态，对已知几何表达的板材，对其几何表达直接采样，获取精确点云信息；对未知几何表达的实体模型进行测量，提取表面点云信息；其次，基于隐式建模将所得的点云信息拟合成隐式曲面；再次，使用近似距离将隐曲面表达为符号距离函数，再用简单的代数加、减生成隐式曲面的偏移曲面；再对偏移曲面进行减操作，生成厚度均匀的板材几何形态；最后根据得到的板材几何形态，利用增材制作技术生成板材实物。本发明利用隐式隐函数几何表达能力强、几何体混合方法灵活、算法对并行计算友好等优点，通过将普通隐曲面转换为符号距离函数，达到曲面快速增厚生成板材并付诸制造的目的。

技术领域

本发明属于计算机图形学、几何重建技术领域，具体涉及一种基于隐式建模的高效曲面增厚方法。

背景技术

板材通常指有均匀厚度的扁平矩形材料，亦可是具有厚度的各种造型的薄板。对于形状复杂的板材，一般先使用CAD方法来设计其造型曲面，再通过某种方式增厚曲面，来达到可生产的目的。

而曲面是CAD/CAM中基本几何体，被大量用于几何造型设计和重建。但曲面是无厚度的几何体，在数学上不包含厚度信息。如果需要对此种曲面进行增材制造，必需先将无厚度的曲面转化为有厚度的薄板，其厚度均匀且不自交。现实中的薄板通常含有内部结构，与之对应的增厚薄板也需要有内嵌结构。

目前的常用方法是使用显函数表达曲面，例如参数曲面和网格等，尽管这些方法易于几何造型，但不易进行增厚处理，需要大量重新参数化运算。对于复杂几何曲面，这种方法的计算量极大甚至不可行。使用参数曲面的方法将复杂内部结构嵌入增厚薄板代价更大。

为了对曲面进行增厚，现有方法需要克服或避免计算量过大的重新参数化运算。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于隐式建模的高效曲面增厚方法，基于隐式建模，避免了重新参数化，提高了转换效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于隐式建模的高效曲面增厚方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对已知几何表达的板材，对其几何表达直接采样，获取精确点云信息；对未知几何表达的实体模型进行测量，提取表面点云信息；

步骤2：基于隐式建模将所得的点云信息拟合成隐式曲面；

步骤3：使用近似距离将隐曲面表达为符号距离函数，再用简单的代数加、减生成隐式曲面的偏移曲面；

步骤4：对得到的偏移曲面进行减操作，生成厚度均匀的隐式薄板曲面；

步骤5：根据得到的隐式薄板曲面，利用增材制作技术生成板材实物。

进一步地，步骤2的具体操作步骤包括：

步骤21：定义3D空间中的场函数：f:且当f＝0时表示一个曲面，当f＞0或f＜0时表示实体；

步骤22：根据点云信息，找到一个隐函数f:使得：

其中，Z(f)是f的0等曲面，d(·,·)是一个距离函数，P_i是点云中一个点；

步骤23：得到该板材的隐几何表达f(x,y,z)＝0，即为该板材的隐式曲面。

进一步地，拟合得到的所述隐式曲面封闭且不自交。

进一步地，步骤3的具体操作步骤包括：

步骤31：令f:为一隐函数，是空间一点，则P到S的距离可近似表达为近似距离：