逆向工程特征提取技術(shù)的研究.

1、逆向工程中 特征提取技術(shù)的研究Research on Feature Extraction in Reverse Engineering 劉曉宇課題研究的意義 結(jié)合快速發(fā)展的激光技術(shù)和數(shù)控技術(shù)，逆向工程正在成為汽車、航空航天、模具、玩具、船舶等工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的重要手段。它基于實(shí)物模型來(lái)獲得造型數(shù)據(jù)、提取模型參數(shù)，通過(guò)模型重構(gòu)來(lái)吸收和消化先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、制造理念以及產(chǎn)品制造過(guò)程中的管理方法，并通過(guò)對(duì)其修改和再優(yōu)化設(shè)計(jì)，來(lái)獲得更為適應(yīng)市場(chǎng)要求的產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)思想和制造方法大大降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。逆向工程也稱反求工程，它的意義不僅僅在于消化吸收并改進(jìn)國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)，更應(yīng)該體

2、現(xiàn)在在逆向反求的過(guò)程中接納先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和制造理念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)理論上和思想上的創(chuàng)新，這對(duì)于我國(guó)的科技進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展才具有更為重要的意義。 自深圳市鑫磊實(shí)業(yè)有限公司于90年代末首先在國(guó)內(nèi)業(yè)界推出擁有部分自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的逆向工程專用三維激光線掃描機(jī)華中科技大學(xué)、天津大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)等眾多高校近年來(lái)也加強(qiáng)了對(duì)反求工程測(cè)量設(shè)備的研發(fā),現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化面對(duì)國(guó)外先進(jìn)的逆向反求產(chǎn)品我國(guó)產(chǎn)品在功能和自動(dòng)化程度上還有相當(dāng)大的提升空間，綜合考慮國(guó)家“創(chuàng)新；自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)”等政策的支持，以及我國(guó)制造業(yè)市場(chǎng)的強(qiáng)大需求；鑒于價(jià)格和性能的權(quán)衡，在國(guó)內(nèi)逆向工程有較大的發(fā)展?jié)摿涂臻g。 逆向工程流程圖主要研究?jī)?nèi)容規(guī)則曲面

3、特征參數(shù)的提取規(guī)則曲面特征參數(shù)的提取1蟻群算法在逆向工程中的應(yīng)用蟻群算法在逆向工程中的應(yīng)用23自由曲面截面線處理技術(shù)自由曲面截面線處理技術(shù)1、任意位置圓柱面特征參數(shù)的提取點(diǎn)云輸入點(diǎn)云輸入預(yù)定水平面預(yù)定水平面截取點(diǎn)云截取點(diǎn)云截面數(shù)據(jù)截面數(shù)據(jù)擬合橢圓擬合橢圓橢圓短軸橢圓短軸即為即為圓柱面直徑圓柱面直徑分層擬合圓分層擬合圓求解軸線求解軸線求解原理|cos222abwvuw222tan1.,tan1babN，求解圓柱面軸線方向矢量的關(guān)鍵是截面橢圓的長(zhǎng)軸求解圓柱面軸線方向矢量的關(guān)鍵是截面橢圓的長(zhǎng)軸a a，短軸，短軸b b以及以及長(zhǎng)軸與長(zhǎng)軸與x x軸的夾角軸的夾角 截面橢圓2210babN，特殊地：當(dāng) 時(shí)

4、，可推得2實(shí)例12、任意位置回轉(zhuǎn)面特征參數(shù)的提?。ㄉy點(diǎn)云）點(diǎn)云輸入點(diǎn)云輸入預(yù)定水平面預(yù)定水平面截取點(diǎn)云截取點(diǎn)云極小慣量法極小慣量法求解對(duì)稱軸求解對(duì)稱軸過(guò)對(duì)稱軸以過(guò)對(duì)稱軸以其垂線為法其垂線為法線平面截點(diǎn)線平面截點(diǎn)云云截面線為母線截面線為母線（兩條）（兩條）極小慣量法極小慣量法求解對(duì)稱軸求解對(duì)稱軸 求求 解解 原原 理理 圖圖實(shí)例2 基于蟻群算法的回轉(zhuǎn)面特征參數(shù)提?。⊕呙杈€點(diǎn)云） 實(shí)例3 x=-0.011388x=-0.011388，y=0.023771y=0.023771 實(shí)例4基于蟻群算法TSP原理的數(shù)據(jù)點(diǎn)排序 旅行商問(wèn)題（traveling salesman problemTSP）假設(shè)有一

5、個(gè)旅行商人要拜訪N個(gè)城市，他必須選擇所要走的路徑，路徑的限制是每個(gè)城市只能拜訪一次，而且最后要回到原來(lái)出發(fā)的城市。路徑的選擇目標(biāo)是求得的路徑總路程為所有路徑之中的最小值。 封閉曲線數(shù)據(jù)點(diǎn) 非封閉曲線數(shù)據(jù)點(diǎn) 空間曲線數(shù)據(jù)點(diǎn)自由曲面特征曲線提取方法 實(shí)例4總結(jié)與展望（1）特征提取的精度將直接影響后續(xù)建模的質(zhì)量，故提取方法中數(shù)學(xué)模型的選用尤為關(guān)鍵。針對(duì)空間任意位置圓柱面和回轉(zhuǎn)面的構(gòu)圖特征，本文推理并證明了特征參數(shù)的提取原理，提取過(guò)程中極小慣量法的應(yīng)用，增強(qiáng)了提取原理的嚴(yán)密性。平面橢圓擬合求解圓柱面特征參數(shù)的方法的應(yīng)用簡(jiǎn)單有效。最后用實(shí)例驗(yàn)證了方法的可行性和有效性，具有一定的參考價(jià)值。（2）對(duì)于空間任

6、意位置回轉(zhuǎn)面掃描線點(diǎn)云數(shù)據(jù)，文章創(chuàng)新性的使用蟻群算法對(duì)其進(jìn)行特征參數(shù)的提取。根據(jù)回轉(zhuǎn)面的構(gòu)圖特征，建立了適合連續(xù)域蟻群算法的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)程序的優(yōu)化處理，提取出空間任意位置回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)軸信息，彌補(bǔ)了第三章提到的方法對(duì)掃描線數(shù)據(jù)點(diǎn)云無(wú)效的缺憾。成功地將蟻群算法應(yīng)用到逆向工程數(shù)據(jù)處理技術(shù)中，具有一定的參考意義。群智能算法必將在逆向工程中得到更為廣泛的應(yīng)用。（3）對(duì)散亂點(diǎn)云進(jìn)行分層處理后的截面數(shù)據(jù)點(diǎn)雖具有掃描線數(shù)據(jù)的性質(zhì)但雜亂無(wú)序，對(duì)其進(jìn)行排序是后續(xù)除噪、精簡(jiǎn)、光順以及曲率計(jì)算的前提。文章創(chuàng)新性的采用蟻群算法TSP原理對(duì)其進(jìn)行排序處理，該方法不僅能解決平面內(nèi)數(shù)據(jù)點(diǎn)的排序問(wèn)題，還適用于空間數(shù)據(jù)點(diǎn)的排序。多次試驗(yàn)證明，程序只需一次循環(huán)就能完成數(shù)據(jù)點(diǎn)的排序，簡(jiǎn)單有效。（4）數(shù)據(jù)點(diǎn)的精簡(jiǎn)技術(shù)是提高曲面重構(gòu)效率的重要手段，為了在保證數(shù)據(jù)處理效率的同時(shí)保留模型的細(xì)節(jié)特征，本章采用非定最小距離數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)法并提出非等厚分層處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在曲面曲率較小的區(qū)域分