基于分层拟合的悬臂式结构件模型重建方法与流程

本技术涉及悬臂式结构件，尤其涉及一种基于分层拟合的悬臂式结构件模型重建方法。

背景技术：

1、目前，悬臂式结构件在实际工程中具有非常广泛的应用，比如，应用在升降装置、衔接构件和枢轴等各类设备中。传统的悬臂式结构件通常具有规则的几何形状，虽然坚固耐用但是整体重量很大，导致结构灵活性差，不利于运输、安装和应用。所以对悬臂式结构件进行轻量化设计已经成为一个重要的发展方向。

2、相关技术中，根据悬臂式结构件的轻量化设计结果进行模型重建时，在计算机辅助设计领域通常是通过非均匀有理b样条(non uniform rational b-spline，简称nurbs)进行重建，nurbs拟合是实现cad模型重构过程中重要的步骤，其过程较为繁琐和复杂。

3、然而，上述相关技术中的nurbs拟合方法难以处理具有复杂拓扑的结构，即对于轻量化设计的各种构件难以重建出符合要求的模型。并且，重建的自动化程度较低，也不便于进行模型的后续调整和参数设计。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种基于分层拟合的悬臂式结构件模型重建方法，该方法基于dbscan聚类和分层的nurbs曲面拟合，可以将轻量化设计结果转化为几何模型，准确、便捷的实现悬臂式结构的模型重建，解决轻量化设计的悬臂式结构件难以应用的问题。

3、本技术的第二个目的在于提出一种基于分层拟合的悬臂式结构件模型重建系统；

4、本技术的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

5、为达上述目的，本技术的第一方面实施例在于提出一种基于分层拟合的悬臂式结构件模型重建方法，该方法包括以下步骤：

6、获取轻量化设计得到的悬臂式结构件，选取所述悬臂式结构件中待重建的目标区域；

7、选定基准平面，基于所述基准平面将所述目标区域分为多个层；

8、对每个层分别进行dbscan聚类，根据聚类形成的分类簇的个数判断各层之间是否发生拓扑变化，并根据判断结果确定准三维层和过渡层；

9、对过渡层中的采样数据点进行加密，并分别对准三维层和加密后的过渡层进行非均匀有理b样条nurbs拟合，获得准三维层和过渡层对应的多个nurbs子面片；

10、将准三维层和过渡层对应的全部所述nurbs子面片拼接组装成整体结构件，以获得所述悬臂式结构件的重建结果。

11、可选地，在本技术的一个实施例中，在所述对准三维层和加密后的过渡层进行非均匀有理b样条nurbs拟合之前，还包括：通过dbscan算法对每个层中的采样数据点进行特征分类，使得拟合后的不同nurbs子面片位于所述悬臂式结构件转化为的几何模型的不同特征表面。

12、可选地，在本技术的一个实施例中，所述分别对准三维层和过渡层进行非均匀有理b样条nurbs拟合,包括：针对准三维层和过渡层中的任一层，获取所述任一层的所述采样数据点的信息和阶次信息；将采样数据点矩阵中的行方向设为第一参数u方向，列方向设为第二参数v方向，并对所述采样数据点进行参数化，根据所述采样数据点的信息和阶次信息分别计算所述第一参数u方向上的第一节点矢量u和所述第二参数v方向上的第二节点矢量v；进行所述第一参数u方向上的拟合，包括基于所述第一节点矢量u通过标准线性最小二乘拟合获得第一控制点；进行所述第二参数v方向上的拟合，包括基于所述第二节点矢量v通过标准线性最小二乘拟合获得第二控制点；获得nurbs曲面参数并输出拟合结果。

13、可选地，在本技术的一个实施例中，获得所述第一控制点和所述第二控制点，包括：在拟合过程中通过所述采样数据点的坐标计算对应的控制点的信息。

14、可选地，在本技术的一个实施例中，在所述输出拟合结果之后，还包括：将所述准三维层的拟合结果导出为多个类型的模型文件并进行展示，其中，所述多个类型的模型文件，包括：3dm文件、json文件、obj文件和stl文件。

15、可选地，在本技术的一个实施例中，在所述将准三维层和过渡层对应的全部所述nurbs子面片拼接组装成整体结构件之后，还包括：对所述整体结构件的设计参数和模型参数进行调整。

16、为达上述目的，本技术的第二方面实施例还提出了一种基于分层拟合的悬臂式结构件模型重建系统，包括以下模块：

17、获取模块，用于获取轻量化设计得到的悬臂式结构件，选取所述悬臂式结构件中待重建的目标区域；

18、划分模块，用于选定基准平面，基于所述基准平面将所述目标区域分为多个层；

19、聚类模块，用于对每个层分别每层的数据点进行dbscan聚类，根据聚类形成的分类簇的个数判断各层之间是否发生拓扑变化，并根据判断结果确定准三维层和过渡层；

20、拟合模块，用于对所述过渡层中的采样数据点进行加密，并分别对准三维层和加密后的过渡层进行非均匀有理b样条nurbs拟合，获得准三维层和过渡层对应的多个nurbs子面片；

21、拼接模块，用于将准三维层和过渡层对应的全部所述nurbs子面片拼接组装成整体结构件，以获得所述悬臂式结构件的重建结果。

22、可选地，在本技术的一个实施例中，拟合模块，还用于：通过dbscan算法对每个层中的采样数据点进行特征分类，使得拟合后的不同nurbs子面片位于所述悬臂式结构件转化为的几何模型的不同特征表面。

23、可选地，在本技术的一个实施例中，拟合模块，具体用于：针对准三维层和过渡层中的任一层，获取所述任一层的所述采样数据点的信息和阶次信息；将采样数据点矩阵中的行方向设为第一参数u方向，列方向设为第二参数v方向，并对所述采样数据点进行参数化，根据所述采样数据点的信息和阶次信息分别计算所述第一参数u方向上的第一节点矢量u和所述第二参数v方向上的第二节点矢量v；进行所述第一参数u方向上的拟合，包括基于所述第一节点矢量u通过标准线性最小二乘拟合获得第一控制点；进行所述第二参数v方向上的拟合，包括基于所述第二节点矢量v通过标准线性最小二乘拟合获得第二控制点；获得nurbs曲面参数并输出拟合结果。

24、为了实现上述实施例，本技术第三方面实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的基于分层拟合的悬臂式结构件模型重建方法。

25、本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本技术基于dbscan聚类和分层的nurbs曲面拟合，可以将轻量化设计结果转化为几何模型，能够获得更大尺寸的nurbs曲面结果，可以准确、便捷的实现悬臂式结构的模型重建，解决轻量化设计的悬臂式结构件难以应用的问题，能够得到更加轻便灵活的工件。并且，本技术得到的曲面更加规则、准三维层面片数量大大减少，方便后续结构件的进一步参数化设计和模型调整，符合cad建模的基本思路。依据本技术得到的模型文件具有光滑的边界和清晰的材料界限，能够将轻量化设计集成到计算机辅助设计与制造流程中，为后续的制造工业提供了方便。且自动化程度高的整体流程能够有效代替繁琐复杂的人工重构过程，实现了模型重构的智能化和自动化，拓展了轻量化设计的应用场景，实现拓扑优化与计算机辅助设计和制造之间更优的衔接。由此，提高了模型重建的准确性、实用性和智能性。

26、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。