汽车车身曲面光顺与评价方法_精品文档PPT推荐.ppt
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,2.4曲面的评价方法,从现有的文献看,人们注重曲面评价的曲率梳法、斑马线法和曲率颜色图法,并且也给出了相应的评价办法。
但是这些方法仅能反映曲面的表象问题,而没有涉及到引起这些问题的根本原因控制顶点。
所以我们想研究这些方法之间的关系,揭示其问题的本质。
同时根据重要程度给出评价的权重,建立一个评价体系.,3车身点云数据的测绘与预处理,主要内容有:
点云数据的采集:
有接触式和非接触式。
点云数据的预处理:
包括点云的三角化、圈选、精简、截交等,是为了便于观察,同时提高软件的运行速度等。
坐标对正:
将测绘点云汽车坐标系对正到系统坐标系下,或者将补拍点云对正。
点云的评价与修复:
评价点云,修复之。
4汽车车身曲面表示与次数的选择,本部分讨论曲面的表示方法,通过表示方法的讨论,给出汽车车身曲面的表示方法。
通过曲线曲面的高次振荡和连续性要求,确定汽车车身曲面的次数的选择要求。
4.1Bzier曲线/面定义与性质,1端点性质:
首末端点与控制顶点重合。
K阶导矢与首末K+1各端点有关。
2曲线内部无限次连续。
3移动第j个控制顶点的时候,将对整条曲线都有影响,其中对曲线上参数t=j/n的点产生的影响最大。
其原因是因为对相应的基函数产生的影响最大。
Bzier曲面,1Bzier曲面的四个角点正好是其控制网格的四个控制顶点。
2内部无限次连续。
3移动Bzier曲面的一个控制顶点,对曲面上所有点都有影响,但是对曲面上参数为对应点影响最大,离该点越远,影响越小。
4.2B样条曲线/面定义与性质,1B样条曲线的局部性质。
2B样条曲线的可微性及参数连续性。
在每一段B样条曲线内是无限次可微的,在对应于节点的曲线段端部是k-r次可微的,r是节点的重复度。
3移动一个控制顶点仅与该控制顶点有关的局部移动,其他部分不变。
B样条曲面,1B样条曲面具有局部性。
2B样条曲面的可微性及参数连续性在两个参数方向上与B样条曲线类似。
3.移动一个控制顶点仅与该控制顶点有关的局部移动,其他部分不变。
4.3NURBS曲线/面的定义与性质,有与B样条曲线相似的性质可以描述自由曲线,也可以描述二次曲线等初等几何曲线。
NURBS曲面,与B样条曲面相似的性质可以描述自由曲面,也可以描述初等曲面。
4.4Bzier与B样条曲线/面的品质对比,对任意5个点进行插值,青色的是Bzier曲线,曲率梳良好;
如果用B样条曲线,选择3次,曲线分两段,可见其曲率梳较差。
分析原因。
左图是用B样条曲面光顺的,用5X5个点,两个参数方向的次数是3。
右图则是用同样的5X5个点光顺,是Bzier曲面光顺,两个参数方向次数是4。
通过曲率梳可见,用Bzier曲面较一般的B样条效果好。
结论,在光顺A级曲面时,用Bzier曲线曲面要比一般的B样条曲线曲面要好。
Bzier曲线曲面次数的选择,Bzier曲线的定义式展开为:
实际上,这是一个插值多项式,由法贝尔定理可知,当n+时,在定义域【0,1】上存在一个函数f,使得多项式插值不一致收敛于f。
在实践中,表现为高次Bzier曲线出现振荡。
高次Bzier曲线的振荡,16次Bzier曲线,8次Bzier曲线,16次理想Bzier曲线-绿线,高次Bzier曲面的振荡,结论,所以Bzier曲线曲面的次数不能太高,一般根据连续性要求最大可以在5次(6排控制顶点,曲率连续),或者7次(8排控制顶点,挠率连续)。
最低也不能低于2次(3排控制顶点),否则是直纹面,难以满足汽车车身曲面的要求。
5.Bzier曲线/面连续性与拼接误差减小措施,本部分讨论Bzier曲线曲面的参数连续性、几何连续性;
减小曲线曲面拼接连续性误差的措施。
5.1Bzier曲线的连续性,Cr参数连续条件:
如C0连续则即两条曲线的有公共端点C1参数连续条件:
其他类推。
Bzier曲线的几何连续性:
当且仅当两条曲线段的相应弧长参数化在公共连接点具有Cn连续性,就称它们在该点具有Gn连续性,或者说是Gn的。
也就是说在弧长参数化下,曲线的几何连续性和参数连续性是一致的。
5.2Bzier曲面连续性,Bzier曲面连续性也有参数连续与几何连续。
Bzier曲面的参数连续是指:
当且仅当两个曲面沿它们的公共连接线处处有直到n阶偏导矢,那么称它们沿该连接线具有n阶参数连续性(即Cn连续)。
曲面的参数连续性是和参数的选取以及参数化有关的。
如果对已经连续的两曲面中的一个重新参数化,一般来说,它们就不再是连续的。
Bzier曲面的几何位置连续是两曲面有公共的边界线,这和参数连续是相同的。
而Bzier曲面的G1连续是两Bzier曲面在公共连接处有公共的切平面(或公共的曲面法向)。
两曲面G2连续,当且仅当沿着公共连接线处有公共的切平面,同时又有公共的主曲率,以及在两个主曲率不相等的时候有公共的主方向。
但是在光顺实践中,我们一般考虑的是最简单的情况,即两曲面在拼接时的控制顶点对应,每一组都满足单条曲线拼接的条件,如右图所示。
5.3Bzier曲面拼接误差的影响因素与减小误差措施,两Bzier曲线拼接误差的关系,法向有偏差,讨论,当法向偏差越大,两Bzier曲线在拼接点的切向夹角越大,即相切误差越大,带来的曲率误差值也越大;
同时当越小和越大,也会使得相切误差增大,曲率误差也会越大。
实例验证1:
法向有不同偏差,右边一条曲线3,控制顶点是,左边是曲线1和曲线2,曲线1的顶点是a0a1a2a3,除a3在法向有0.2mm偏差外,其他都满足G2的条件,曲线2的顶点是a0a1a2a3,除a3在法向有0.7mm偏差外,其他都满足G2的条件,曲线1曲率梳,曲线2曲率梳,曲线3曲率梳,实例验证2:
间距不同,法向偏差同,8:
偏差都为0.2mm10:
在法向偏差相同的时候,两拼接的Bzier曲线公共顶点与邻近的一个控制顶点距离越大,那么两曲线之间的曲率梳误差越小。
当然,也可以推知,在拼接点上两曲线的切线方向夹角越小,即两曲线的相切误差也越小。
切向有偏差时同理可推出,切向有偏差时,尽管有位置误差,但是这时的切向误差很小,甚至为零,但是曲率误差较大。
结论,两Bzier曲线的G0越大,那么其G2就越大;
G1误差与G0的偏差方向有关,若G0偏差发生在拼接点法向,则G1误差会越大,若G0的偏差发生在拼接点切向,那么则G1误差会极小,甚至为零;
同时,曲率误差不仅与G1误差有关,而且与|an-2|和|an-1|有关。
|an-2|越大,|an-1|越小,曲率误差绝对值就越大。
所以在这种情况下,要满足曲率误差的要求,就可以通过减小|an-2|,增大|an-1|来实现。
当然,在工程实践中,还要同时兼顾曲线或曲面与数据点的偏离程度,以达到最佳的拼接效果。
各个条件相同,仅有位置偏差不同的位置与相切误差梳,其中右边一个曲面边界中间两个控制顶点与左边面对应有0.1mm偏差,其中右边另一个曲面边界中间两个控制顶点与左边面对应有0.2mm偏差,0.2mm位置和相切连续误差梳,0.1mm位置和相切连续的误差梳,曲率误差梳,0.2mm曲率连续误差,0.1mm曲率连续的误差,邻近拼接边界的各排控制顶点间有不同间距,位置偏差相同,F6控制顶点ai0ai1ai2ai3ai5(i=0,5)F7控制顶点ai0ai1ai2ai4ai5(i=0,5),曲率也是这样的情况,中间两控制顶点沿法向也有0.5mm的偏差,其它各控制顶点也均满足连续的几何条件。
有切向位置误差时的各阶误差梳,拼接边界上曲面F10的中间两控制顶点与F11相对应的控制顶点之间在拼接方向的切向有0.5mm的位置偏差,减小误差的措施,1相拼接的Bzier曲面的控制顶点排列要按照曲面连续的条件对齐;
2减小公共控制顶点之间的位置偏差,特别是法向位置偏差;
3在公共控制顶点不再变化的情况下,可以适当增加公共控制顶点与两侧相邻控制顶点之间的距离,减小邻近第一排与第二排之间的距离;
4如果一个Bzier曲面两个对应边都有曲面相拼接,其在拼接方向上的控制顶点排数与其连续性要求有关,如果两边是相切连续,则该曲面的控制顶点至少是4排,两边拼接才互不影响,如果两边是曲率连续,则该曲面的控制顶点至少少是6排,两边拼接才互不影响,爱且每增加一阶连续要求,增加两排控制顶点。
6汽车车身曲面的光顺方法,图5-11汽车车身曲面光顺流程图,No,Yes,点云对正,对正否?
三角化处理,特征分解,基本曲面构造,符合要求?
No,过渡曲面构造,符合要求?
No,Yes,Yes,曲面划分,光顺结束,局部特征构造,6.1特征分解,要有一个总体计划,非常重要。
按照车身点云的特征对曲面进行分解,如图所示的车身后部点云,以后风挡和后行李箱盖为例说明。
分解为后风挡一个基本曲面,行李箱盖上面一个,立面先不管细节特征构造大面。
最后在构建完成基本曲面后再进行局部细节特征的构建。
6.2基本曲面的构建,基本曲面比点云曲面稍大,便于裁剪;
根据前面的要求,用Bzier曲面构建一个1X1的4边面,然后逐渐增加次数(3-5次),并进行调整,使贴近点云;
力争使一个面单凸,控制顶点排列有序,并注意对称,检查无误后,调整完毕;
检查基本曲面,使有高的品质,以利于过度曲面的构建。
6.3过渡曲面的构建,首先检查基本曲面理论交线的品质;
构建过渡曲面的方法很多,有边倒圆、面倒圆、样式圆角、桥接和截面方法等,根据外表面的连续性要求选择合适的方法。
导出的过度曲面要检查其控制顶点、补片数,特别是边界品质,无误后进行基本面的裁剪。
复杂过渡曲面的构建,6.4细节特征的构建,基本曲面及过渡曲面构建好了之后,进行细节特征的构建,这里以后牌照部分进行说明。
最终结果,6.5特殊曲面的构建,从油泥模型点云中取出一根高度方向的截面线,光顺出一个大圆弧作为圆环的大圆,并使做出的圆尽量靠近截取的截面线。
以垂直大圆弧的三个平面截取点云,根据截面线做圆弧,控制好偏差。
大圆环大圆,大圆环小圆截面线,对称曲面的构建-顶盖为例,特征消失的构建,7汽车车身曲面光顺的评价,曲面质量评价的主要方法有控制顶点法、曲率梳法、斑马线法、高斯曲率法和连续性精度的评价等。
7.1控制顶点法,控制顶点是决定汽车车身曲面质量的根本原因,所以应该重视控制顶点的评价。
首先单个曲面的控制顶点的排列要规则有序,且基本曲面控制顶点排列根据点云趋势也尽量单凸,控制顶点少。
曲面之间连续性要考虑其连续条件,如控制顶点尽量一样,使所处的位置尽量在曲率连续的条件附近。
7.2曲率梳评价法,曲率梳对曲面进行评价,是通过截面线的曲率梳对曲面进行观察,发现曲率梳的排列规律。
其要求是单个曲面的曲率梳要一致,或者有规律的逐渐变化。
对于曲面之间的连续性,可以通过连接处的曲率梳对曲面的连续性进行评价