本文關(guān)鍵詞：基于紋理映射的自由曲面上三維激光打標(biāo)方法

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【摘要】：三維激光打標(biāo)技術(shù)是對激光的一種應(yīng)用,可以實(shí)現(xiàn)在三維自由曲面上快速打印復(fù)雜、清晰且美觀的圖形圖案。同時(shí),由于激光打標(biāo)具有無接觸,無切削力,熱影響小等特點(diǎn),使用三維激光打標(biāo)機(jī)進(jìn)行加工時(shí),工件不會(huì)發(fā)生形變和產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。另外,隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和市場需求,越來越多產(chǎn)品外觀都設(shè)計(jì)成流線型曲面,從而推動(dòng)三維激光打標(biāo)技術(shù)的應(yīng)用。論文針對三維激光加工技術(shù)面對著如何在三維自由曲面生成圖案的問題,提出基于三角網(wǎng)格曲面紋理映射的三維激光打標(biāo)方法。因此,論文中的所有自由曲面或?qū)嶓w都是采用三角網(wǎng)格進(jìn)行逼近擬合而成,采用的網(wǎng)格曲面模型都來自對STL(Stereolithography)文件的解析。首先,采用一種基于投影原理的自由曲面紋理映射方法,通過投影原理確定二維平面圖案對應(yīng)三維自由曲面上的位置實(shí)現(xiàn)紋理的映射。論文提出一種基于“針刺取點(diǎn)法”的投影方法,保證二維平面圖案能夠準(zhǔn)確無誤的映射到任意自由曲面上。但這種基于投影的紋理映射方法,當(dāng)曲面高斯曲率較大時(shí),紋理會(huì)發(fā)生明顯的形變。因此,在此方法上進(jìn)一步改進(jìn),提出在可展曲面進(jìn)行紋理映射,實(shí)現(xiàn)映射的紋理完全不變形,但這種方法只能在可展曲面上進(jìn)行紋理映射。其次,在任意不可展自由曲面上進(jìn)行紋理映射,想要紋理完全不變形目前來說是不可能的,只能減少紋理的變形程度。為了減少在任意曲面上紋理映射的形變程度,選用了曲面參數(shù)化方法。這種方法是將組成自由曲面三角面盡可能保形的在平面上展開。為了能準(zhǔn)確定位紋理的位置,論文中選用了保角參數(shù)化方法ABF++(Angle Based Flattening),其采用牛頓迭代的方法,求取一組在平面上展開三角網(wǎng)格時(shí)三角形形變最小的角度值。這種方法展平的自由曲面不但可以保持其自身形狀和拓?fù)潢P(guān)系,而且對其展平的邊界沒有限制。再次,在使用ABF++進(jìn)行三角曲面參數(shù)化進(jìn)行紋理映射時(shí),為了減少不必要的計(jì)算,論文采用網(wǎng)格分割方法,并且結(jié)合K鄰域快速搜索法快速定位到目標(biāo),減少了不必要的計(jì)算,提高紋理過程運(yùn)算的速度。另外,為了能夠準(zhǔn)確的將二維紋理映射到曲面上,論文結(jié)合了投影原理對平面圖案進(jìn)行定位。同時(shí),采用重心坐標(biāo)方法實(shí)現(xiàn)二維圖案向三維曲面的線性映射,從而避免繁雜的逆矩陣變換計(jì)算,提高了運(yùn)算的速度。并對映射的紋理形變程度進(jìn)行了量化分析。最后,論文以VS2010為平臺,使用C#和C++編程語言并且結(jié)合OpenGL庫,搭建了三維顯示環(huán)境,對上述算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),使用了三維模型對紋理映射算法的可行性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。另外,結(jié)合三維激光打標(biāo)系統(tǒng)的光路結(jié)構(gòu),驗(yàn)證了激光打標(biāo)機(jī)在三角網(wǎng)格重構(gòu)的曲面上打標(biāo)的有效性。論文在最后做了三維激光打標(biāo)試驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了上述所提方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN249

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本文編號：1182400