题目：基于特征的叶片类蒙皮曲面重构关键技术研究

作为先进制造技术的一个重要组成部分，反求工程已经成为产品创新设计和快速开发的重要技术手段。与此同时，应用反求工程技术重建CAD模型的目标也不再是传统的、简单的形状复制，而是建立表达设计意图、具有创新设计能力的特征模型。本文在基于特征的反求工程建模策略下，深入研究了基于截面线特征重建过程中的关键技术。首先对曲面数据采集中常用的几种方法进行分析比较，针对截面数据的获取，分析了截面数据采样密度和采样间距对曲面重构的影响。其次对三维数据点的几种处理方法进行了介绍，因贯穿本文的都是截面数据，所以重点介绍了点云切片的原理并提出了一种基于特征线的切片方法，从而保证获得的截面数据能够很好地满足蒙皮曲面精确重构的要求。基于特征保持的思想，针对截面数据处理的几大关键问题进行了深入研究。首先在噪声处理阶段，提出对小波高频子带的信号应用高斯混合模型和EM算法进行了噪声方差的较为准确估计，并利用小波阈值法进行降噪；其次对传统移动最小二乘光顺法进行了四点改进，改进算法较传统MLS在特征保持方面有明显的改善；然后应用局部回弹法实现了截面轮廓数据的形状优化；最后在应用小波模极大值进行截面数据特征点提取方面，提出了基于特征尺度因子的特征识别，避免出现某些重要的局部小特征丢失而导致信号特征不能被完整识别的现象。考虑到截面数据在蒙皮方向上的特征不对应常导致曲面扭曲、特征处易出现褶皱、局部质量较差等问题，首先研究了截面数据的刚性配准，提出了改进的ICP算法并快速、准确地实现数据点的刚性匹配；其次对截面数据间相似性进行分析；最后重点研究了截面数据的非刚性配准，通过引入相似度量矩阵来衡量点集间的整体相似程度，改进了非刚性性配准算法。对于截面数据匹配度较高的对应点，说明目标点可以通过一个光滑连续的变化映射到参考点上。截面数据间保持良好的对应关系，不但有利于特征的保持，同时生成的蒙皮曲面也具有较高的质量。基于截面特征曲线的曲面重建是反求工程中自由曲面重建的重要方法之一，本章首先研究了截面特征曲线相容处理的关键技术，并应用遗传算法重点研究了蒙皮曲面统一节点矢量的配置，在保证拟合精度的前提下获得数量最少的节点数目；其次研究了基于最小二乘拟合的曲线几何特征识别及特征之间的约束识别，并在满足整体约束的前提下对拟合误差进行分析；最后通过叶片曲面重建说明基于特征对应的蒙皮曲面方法的有效性和优越性。