测量点云数据残缺特征重建理论及方法

The reconstruction of incomplete feature in measuring point cloud data is a key issue to be resolved.Based on existing work, this project analysis the engineering essence of incomplete feature, study the theory and methods of feature-based reverse modeling. With the integrated use of geometric modeling,feature recognition, constraint reasoning and knowledge fusion, we sudy the design intent detection, shape reconstruction and engineering constraint restoration for incomplete feature, present reliable theory and method for incomplete feature reconstruction. On the basis of theoretical study, develop next generation prototype system of reverse design, and verify with typical mechanical products. This project will benefit the interdisciplinary integration , solve the technical problems of incomplete feature reconstrucion in reverse engineering, improve the theory and method of CAD reverse design, improve the level of intelligence for reverse design, provide a powerful tool for product innovative design, provide complete product feature information for downstream CAPP/CAM process, benefit the rapid manufacturing of products.Results of the project will provide important theoretical and technical support for the domestic digital design system with independent intellectual property rights.

在复杂零件形状检测、反求工程等应用中存在大量点云数据，测量点云中往往存在数据残缺。本项目以现有研究为基础，分析残缺数据的工程实质，研究基于特征的测量点云残缺数据重建理论及方法；综合几何造型、特征识别、约束推理、知识融合等原理，探索残缺特征设计意图识别、残缺形状构造及工程约束恢复的有效方法，提出可靠的残缺特征重建理论及算法。该项研究有利于多学科知识的交叉融合，其成果可解决当前点云数据重建的技术难题，发展并完善 CAD 反求设计理论及方法，提高反求设计智能化程度，为产品创新设计提供更强大的工具，为后续CAPP/CAM提供完备的产品特征信息，有利于产品的快速制造。项目成果将为国产具有自主知识产权的数字化设计软件系统提供重要的理论和技术支撑。

随着形状检测技术和反求技术的广泛应用，在将实物模型数字化的过程中产生了大量测量点云数据。在点云测量中往往难以采集完整的产品数据，导致局部区域测量数据残缺,致使CAD模型重建过程中出现不完整性和不确定性问题。. 为此本项目在以下方面进行了研究。（1）混合特征表达及建模。考虑到参数化特征造型技术、CAD 模型重构技术及基于点的造型技术的信息共享及后续 CAD/CAPP/CAM 集成的现实需求，研究了基于离散点集、网格多边形、曲线曲面、产品特征、产品知识的多层次统一建模。（2）测量数据完整性评价理论。为定位数据不完整区域，对测量数据进行完整性评价。（3）残缺特征重构方法。为重建残缺特征综合运用周边子域的边界特征信息及整体模型的工程约束信息，使恢复的结果既保持原有工程属性，又保证与周围边界特征的拓扑一致性，同时恢复原有的工程约束关系。（4）算法实现与系统开发。研究了残缺特征恢复理论及其实现算法的工程应用，同时也检验理论和算法的正确性。. 本项目的研究有利于现代设计理论与方法、CAD/CAM技术、人工智能与知识工程等多学科知识的交叉融合，促进学科发展。其成果可解决当前残缺特征重建的技术难题，发展并完善CAD反求设计理论及方法，提高反求设计智能化程度，为产品创新设计提供更强大的工具，而且为后续的CAPP/CAM，如加工制造特征识别、工艺路线规划、刀具路径轨迹规划等提供完备的产品特征信息，有利于产品的快速制造。