论文摘要：车身逆向设计中点云预处理与曲面优化重构技术

逆向工程技术在汽车车身设计过程中得到了广泛的应用。本文以点云预处理和曲面优化重构为主要研究对象，对车身逆向设计中的点云拼合、点云精简、曲面优化、曲面重构和数字化车身设计方法等若干关键问题进行研究，并在理论和应用中得到了相应的结论和实现。 针对车身点云存在空间尺寸较大，数据量庞大，还原精度要求高等特点，提出一种基于骨架点的点云拼合算法。该算法结合几何定位与精确拼合两种算法的优点，将它们作为两个阶段对整车点云进行拼合。研究了骨架点构造、全等三角形搜索、改进ICP算法迭代求解的过程。 针对车身点云的曲率变化不均匀的特点，提出一种散乱数据点云精简算法。该算法由八叉树原理构建k邻域，用二次参数曲面逼近邻域内所有数据点，以平均曲率为判据决定是否对八叉树空间进行非均匀细分，细分过程中由数据点之间的最大间隔角决定细分程度。 在点云预处理理论研究成果的基础上，开发了点云预处理系统，将点云拼合、点云修整、点云精简算法嵌入到该系统中，通过某轻型卡车车身的点云预处理过程验证了点云预处理算法的可行性。 对数字化车身设计方法进行探讨。为缩短车型开发周期、提高车身曲面质量、实现局部模具的通用，提出一种正逆向相结合的混合建模设计思想，讨论了正逆向混合设计的实现过程，搭建了多软件设计平台。通过某轻型卡车车身的数字化设计实例验证了该方法的实用性。 对基于能量的B样条曲面优化方法进行研究，将CAGD中参数化几何描述方法与力学原理结合起来，将薄板模型的能量引入曲面模型中，推导了B样条曲面的能量优化模型。在满足给定的几何约束条件的基础上，建立了曲面变形能最小的目标函数。求解过程中运用了数学规划方法，针对不同的约束条件，采用消元法、拉格朗日乘子法和罚函数法进行求解。 在对B样条曲线、曲面的定义及性质研究的基础上，提出一种带边界约束的B样条曲面重构方法，使重构的曲面在逼近精度和光顺性之间找到最佳平衡点。