由亂點資料建立三角網格模型之研究

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姓名

許凱韋(Kai-Wei Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

由亂點資料建立三角網格模型之研究
(On the Development of an Efficient TriangulationAlgorithm for 3D Cloud Points)

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摘要(中)

三角網格有格式簡單、易於處理的特性，且利用三角網格可以構成任何形狀的物體，使得三角網格模型在許多領域，包括CAD/CAM、電腦繪圖、虛擬實境、電腦視覺化、醫學影像工程、快速原型製作、逆向工程…等，然而針對不同的需求，網格模型的品質都有一定程度的要求，以利於一些後續的處理，如網格切層、網格建構、面與特徵邊界擷取與網格模型偵錯。電腦輔助設計(CAD)與電腦輔助製造(CAM)目前在工業界已廣泛被使用，在逆向工程方面，首先要將物體模型利用三次元掃描設備將其點座標資料掃描進電腦並建成網格模型，在從網格模型建成曲面模型中其主要的困難點在於如何建構一個具有正確幾何與拓樸資料且與原來物體形狀相同的電腦模型。本研究使用本實驗室現有的逆向工程軟體RevCAD，主要探討、測試及修改其中亂點資料三角網格化功能，而本論文中假設所處裡的數位掃描所得到的亂點資料除了具有三維的點座標以外，將不具有任何其他可利用的幾何資訊，在這樣的前提下，目標發展研究一套完整的三角網格化演算法，並且合乎程式的演算效率與三角網格的品質，因此將可以解決所有廣泛的網格模型重建問題，可加速網格模型重建，以提高逆向工程的效率。

摘要(英)

The triangular model has the property of simple structure, easy treatment, and forming the any object, which makes it a popular model in different fields, including computer-aided design(CAD), computer aided manufacturing CAM, computer drawing, fictitious real border, visualization, medical image processing, rapid prototyping and reverse engineering. In reverse engineering, the triangulation of irregular cloud points is one of the important issues which should be dealt with. The main issue of triangulation is how to generate a geometrical model with a correct topology and geometry that is faithful to describe the original object which is complex in shape.
The purpose of this study is to test, analyse and revise a triangulation algorithm existing in RecCAD, a reverse engineering software developed in house. The input of this algorithm is a set of cloud point, without any geometric or relationship among the points. The output of this algorithm is a set of triangular meshes. The problem on the original algorithm is divided into three groups. Each of the problems in the three groups are carefully analysed and tested. Appropriate strategy for each of the problem is proposed and verified. Up to 50 set of cloud points, ranging from 1,800 to 500,000 points, have been tested, and the results have demonstrated the improvement of the proposed triangulation algorithm.

關鍵字(中)

★ 拓樸資料
★ 三角網格化
★ 網格重建
★ 逆向工程
★ CAD / CAM

關鍵字(英)

★ Reverse Engineering
★ CAD / CAM
★ Triangulation
★ Surface Reconstruction
★ STL data

論文目次

摘要 ...…………………………………………………….....…..Ι
ABSTRACT ...…………………………………………………….…. ΙΙ
致謝 ...………………………………………………………………ΙΙΙ
目錄 ...………………………………………………………….…..ΙV
圖目錄 ...…………………………………………………………...VΙ
表目錄 ...…………………………………………...……………..ΙΧ
第一章緒論 ...……………………………………………………..1
1.1 前言 …………………………………………...…………..1
1.2 文獻回顧 ……………………………………...……………..4
1.3 研究目的與方法 ……………………………...……………..8
1.4 論文架構 ……………………………………...……………11
第二章亂點資料三角網格化 ……………………………………...12
2.1 前言 .………………………………………...………….…..12
2.2 點群資料前處理 ..……………………………...…………..12
2.3 點群分區間 ..……………………………...………………..15
2.4 點群資料三角網格化 …………………...………………....21
2.4.1 三角網格資料結構 ………………...………………....23
2.4.2 候選點設定與第一個三角網格 …...………………....27
2.4.3 最佳點計算 ..………………………...………………..31
2.4.4 新三角網格建立 …………………...………………....36
2.5 討論 .………………………………………...………….…..40
第三章亂點資料三角網格化之改善技術 …………...…….…..45
3.1 前言 .………………………………………...………….…..45
3.2 三角網格問題分類 ………………………...…………..…..45
3.3 網格化破洞處理 …………………………...………….…...49
3.3.1網格化破洞問題產生原因 …………....………….…...49
3.3.2 網格化破洞問題改善方法 ………....…………....…...59
3.3.3 網格化破洞問題改善結果 ………....…………....…...61
3.4 錯誤網格修正 …………………………...…………….…...71
3.4.1 網格法向量反向修正 ……………...…………….…...71
3.4.2 網格交錯修正 ……………………...…………….…...77
3.4.3 幾何輪廓邊顯現修正 ……………...…………….…...80
3.5 亂點資料建構網格之參數自動化設定 ...…………….…...88
3.5.1 點資料搜尋演算參數自動化設定 ...…………….…...88
3.5.2 最佳點計算參數自動化設定 ……...…………….…...91
第四章新三角網格化流程範例 ………………...…….….…...100
4.1 前言 ………………….………………...………….….…...100
4.2 新的三角網格化演算流程 …………...….……….….…...100
4.3 範例應用 …………….………………...………….….…...103
4.3.1範例分類應用 ….………………...…………..….…...103
4.3.2綜合範例應用結論 .……………...…………..….…...111
第五章結論與未來展望 …….………………...…….………...121
5.1 結論 ………….…….………………...………….………...121
5.2 未來展望 …….…….………………...………….………...123
參考文獻 ………….…….………………...….……………....124

參考文獻

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[3] N. Amenta, B. Marshall and K. Manolis, “Surface Reconstruction by Voronoi Filtering”, Proceedings of the Fourteenth Annual ACM Symposium on Computational Geometry, pp. 39-48, 1998.
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[6] T. P. Fang and L. A. Piegl, “Delaunay Triangulation in Three Dimensions”, IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 13, No. 11, No.5, pp. 62-69, 1995.
[7] J. Huang and C. H. Menq, “Combinational Manifold Mesh Reconstruction and Optimization from Unorganized Points with Arbitrary Topology”, Computer-Aided Design, Vol. 34, pp. 149-165, 2002.
[8] B.Guo, J. Menon and B. Willette, “Surface Reconstruction Using Alpha Shapes”, Computer Graphics Forum, Vol. 16, No. 4, pp. 177-190, 1997.
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[10] 賴景義, 翁文德, 逆向工程理論與應用, 全華科技, 2004.

指導教授

賴景義(Jiing-Yih Lai)

審核日期

2008-7-8

推文