基于三维重构的车身曲面设计方法研究

文章编号 2097-1842（2024）02-0398-11环形布设光纤布拉格光栅的三维曲面形状重构王　彦*，徐浩雨，汪俊亮，朱　伟，蒋　超（安徽工业大学 电气与信息工程学院, 马鞍山 243000）摘要：为了提高柔性机器人抓握传感中掌心表面的重构精度，本文基于COMSOL 仿真，在436 mm×436 mm×2 mm 聚丙烯板上，采用7只经聚二甲基硅氧烷（PDMS ）封装的光纤光栅（FBG ）柔性传感器，选取环形布设的方式，在板末端中心与两角分别受力的情况下，使用光纤光栅解调仪采集实验中的传感器数据，并通过三次样条插值法进行连续化。

设定数个平面Y 与拟合圆环相交，计算过点函数获得三维曲面点集，实现了空间曲面的拟合可视化显示。

在曲面末端中心受力时，板末端位移最小相对误差为0.549%，最大相对误差为8.300%，最小绝对误差为0.051 cm ，最大绝对误差为1.255 cm ，板末端两角受力时，板面重构末端位移最小相对误差为2.546％，最大相对误差为14.289％，最小绝对误差为0.005 cm ，最大绝对误差为0.729 cm 。

实验结果为柔性机器人掌心抓握传感提供了应用基础。

关 键 词：曲率插值；曲面拟合；FBG ；环形布设；曲率标定中图分类号：TP212.1 文献标志码：A doi ：10.37188/CO.2023-0088Three-dimensional surface shape reconstruction of fiber bragggratings in a ring arrangementWANG Yan *，XU Hao-yu ，WANG Jun-liang ，ZHU Wei ，JIANG Chao （School of Electrical and Information Engineering , Anhui University of Technology ,Ma’anshan 243000, China ）* Corresponding author ，E-mail : ****************.cnAbstract : To improve the accuracy of palm surface reconstruction in flexible robot grasp sensing, we con-duct a COMSOL simulation to select a ring arrangement comprising of 7 fiber Bragg grating (FBG) flexible sensors packaged with polydimethylsiloxane (PDMS) on a 436 mm×436 mm×2 mm polypropylene plate. As-suming that the center and two corner ends of the plate were subjected to stress, respectively, we collected sensor data using a fiber grating demodulation instrument during the experiment. The data was continuously interpolated using cubic spline interpolation. Several planes Y intersected with the fitting ring which created a three-dimensional surface. We calculated the point function to obtain the point set and achieve a fitting visu-al display of the spatial surface. When the center of the end of the surface is under stress, the plate experi-enced a minimum relative error of 0.549% in end displacement, with a maximum relative error of 8.300%,the minimum absolute error of 0.051 cm, and a maximum absolute error of 1.255 cm. When both corners at the end of the plate are under stress, for the end displacement of the plate reconstruction, the minimum relat-ive error is 2.546%, and a maximum relative error is 14.289%, the minimum absolute error is 0.005 cm, and收稿日期：2023-05-14；修订日期：2023-06-02基金项目：安徽省科技重大专项项目（No. 201903a05020029）Supported by the Science and Technology Major Project of Anhui Province (No. 201903a05020029)第 17 卷　第 2 期中国光学（中英文）Vol. 17　No. 22024年3月Chinese OpticsMar. 2024the maximum absolute error is 0.729 cm. These experimental results provide a foundation to implement palm grip sensing in flexible robots.Key words: curvature interpolation；surface fitting；FBG；ring arrangement；curvature calibration1 引　言随着时代的进步，机器人技术已经成为促进各个领域发展的重点关注对象。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

车身弯曲及扭转刚度目标值确定方法探讨在汽车的设计生产过程中，车身刚性是非常重要的评判指标与设计基础。

一辆汽车想要具有良好的操作稳定性能，良好的车身刚性是基础。

车身刚性并不是直接提升车辆的操作稳定性能，但却是汽车相关性能调校的基础。

若汽车的刚性太差，车身就会吸收一部分能量发生形变，最终将会出现转向问题或行走线路达不到预期等情况，或者给人感觉整车松散，从而影响车辆的操作稳定性。

白车身刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度。

弯曲刚度可用车身在垂直载荷作用下产生的挠度大小来描述，扭转刚度可以用车身在扭转载荷作用下产生的扭转角大小来描述。

车身弯曲及扭转刚度的加载方法、计算方法及结果评价方法等多种多样，每个企业也有不同的要求。

本期我们重点探讨车身弯曲刚度及扭转刚度目标值的制定方法。

一、车身刚度目标的来源车身刚度目标来源有不同的出处，通过查找相关文献其主要有以下：1、Bending Stiffness Requirement：The feeling of solidness as the vehicle drives over road irregularities. Solidness is a subjective feeling that the ve hicle is “well put together”, “vault-like”, and not “loose” or “shaky”. This subjective feel has been correlated to engineering parameters; one of the more significant is body vibration resonance.2、Torsional Stiffness Requirement：To ensure good handling properties, the body should be torsionally stiff relative to the suspension stiffness.To ensure a solid structural feel and minimize relative deformations which result in squeaks and rattles. This is related to the fundamental natural frequency of the body twisting mode.3、总结以上两点，即车身弯曲刚度目标来源主要是整车弯曲模态，扭转刚度目标来源主要是操纵稳定性和整车扭转模态。

隐式曲面重建方法研究文章通过研究逆向工程中的关键技术三维散乱点云曲面重建技术，对现有的隐式曲面重建方法进行了总结分析，比较各方法的优缺点，以便在实际应用中能根据不同的需求进行相应的选择，也为曲面重建技术的进一步研究提供了方向。

标签：逆向工程；散乱点云；隐式曲面重建逆向工程（Reverse Engineering，RE）[1]，主要是对已有实物的原型或模型进行三维扫描以获取点云数据，然后对点云数据进行曲面重建，在曲面重建结果的基础上进行分析和修改，重建出新产品的模型，最后通过先进的制造技术对其新产品进行生产制造。

逆向工程具有快速研发新产品的特性，其技术已在众多领域得到应用，如机械制造、现实虚拟仿真、3D游戏、3D打印、人体器官仿真等。

在逆向工程中，根据三维扫描设备获取的点云数据信息重建出三维物体模型表面的技术，称之为三维曲面重建技术，见图1。

图1 点云模型曲面重建近年来，隐式曲面因其具备易于实现交、差、并等集合操作，能表示拓扑结构复杂的几何形体，对轻微的噪声不敏感等特点，使得隐式曲面造型技术受到了越来越多专家学者的重视和关注，并提出了一系列有效的隐式曲面重建算法。

1 RBF方法Carr[2]等人将RBF函数插值方法应用于点云数据的曲面重建中，该类算法以散乱数据点作为径向基函数插值中心，计算权值构造插值函数逼近模型曲面的表达函数。

其优点是不需要知道任何散乱数据点之间的拓扑结构信息，重构得到的曲面光顺，曲面细节特征明显，具备良好的孔洞修复能力。

但是由于求解径向基函数权重的方程组随输入点数目的增多而不断扩张，当点云数据的数目增多时，运算量将迅速增大，这样使得由大规模点云数据构成的隐式曲面在赋值计算时非常耗时，极大限制了算法的应用范围。

2 MPU方法在隐式曲面重建算法中，多层次单元划分（Multi-level Partition of Unity Implicits，MPU）曲面重构算法颇受国内外学者的关注。

一、概述SolidWorks是一款领先的三维设计软件，它提供了丰富的功能和工具，可以帮助工程师和设计师轻松地进行曲面仿形。

曲面仿形是指通过对已有曲面进行变形和调整，生成新的曲面形状，这在产品设计和工程领域中具有重要的应用价值。

在本文中，我们将介绍使用SolidWorks 进行曲面仿形的案例，帮助读者了解这一技术的应用和实践。

二、案例背景我们需要设计一个汽车车顶的曲面，要求曲面光滑、连续，并且能够适配整个车身结构。

在这个案例中，我们将使用SolidWorks进行曲面仿形，以实现车顶曲面的设计和优化。

三、案例步骤1. 创建基础曲面：我们需要在SolidWorks中创建基础曲面，作为车顶曲面的起始点。

可以使用工具栏中的“曲面”功能，在平面上绘制基础曲线，并使用曲线来创建基础曲面。

2. 曲面修正：在创建基础曲面后，我们需要对其进行修正和调整，使得曲面能够更好地适配整个车顶结构。

可以使用SolidWorks提供的曲面修正工具，通过拉伸、旋转、偏移等操作来调整曲面形状。

3. 曲面连接：接下来，我们需要将基础曲面和修正后的曲面进行连接和融合，以实现曲面的连续和光滑。

SolidWorks提供了丰富的曲面连接工具，可以帮助我们对曲面进行连接和融合，以满足设计要求。

4. 曲面优化：我们需要对整个曲面进行优化和调整，确保曲面的形状和结构能够满足汽车车顶的设计需求。

可以使用SolidWorks提供的曲面优化工具，对曲面进行微调和优化，以实现最终的设计效果。

四、案例成果通过上述步骤，我们成功地使用SolidWorks进行了汽车车顶曲面的设计和仿形。

最终的曲面形状光滑、连续，并且能够完美地适配整个车身结构，达到了设计要求。

这个案例充分展示了SolidWorks曲面仿形技术在产品设计和工程领域的应用和实践，为读者提供了宝贵的经验和启示。

五、结论曲面仿形是SolidWorks中一个重要的设计技术，它在产品设计和工程领域中具有广泛的应用价值。

使用CAD软件进行模型重建与曲面重构方法CAD软件是一种强大的工具，可以用于设计和绘制各种复杂的模型和结构。

在建筑、汽车、航空航天等领域，CAD软件的应用广泛。

本文将介绍使用CAD软件进行模型重建与曲面重构的方法。

模型重建是指通过CAD软件将现有的物体或建筑进行三维建模的过程。

首先，需要准备一组现有物体的图像或尺寸数据。

这些数据可以是二维图像、扫描数据、测量数据等。

在CAD软件中，可以根据这些数据创建基本的几何形状，如线段、圆、矩形等。

然后，通过将这些基本形状连接、扩展和修改，逐步构建出整个物体的三维模型。

在进行模型重建时，可以使用CAD软件提供的各种工具和功能。

例如，可以使用绘图工具来创建线段、圆弧和曲线等。

可以使用修剪、延伸和旋转工具来对已有的几何体进行修改。

还可以使用镜像、阵列和拉伸等功能来复制和变换几何体。

此外，CAD软件还提供了各种调整、编辑和分析工具，如尺寸标注、图层管理和模型修复等。

在模型重建的过程中，需要注意以下几个方面。

首先，要保持模型的准确性和精度。

在创建几何形状和连接物体时，要根据实际测量数据或图像来确定尺寸和位置。

其次，要细致地处理模型的细节和特征。

可以使用CAD软件的细分曲面和曲线工具来创建光滑和精细的曲面。

另外，要根据模型的用途和要求，选择合适的CAD软件版本和功能。

除了模型重建，曲面重构是CAD软件的另一个重要应用领域。

曲面重构是指根据一组散点数据或轮廓线，恢复出与实际物体几何形状相似的曲面的过程。

在曲面重构时，可以使用CAD软件提供的曲面拟合和曲线平滑工具。

这些工具可以根据已有的数据点和曲线，自动生成平滑和连续的曲面。

曲面重构的结果可以用于后续的分析、可视化或加工等过程。

在进行曲面重构时，需要注意以下几个方面。

首先，要根据实际情况选择合适的曲面重构方法。

CAD软件通常提供了多种曲线和曲面拟合算法，如最小二乘法和样条曲线等。

根据数据的特点和要求，选择合适的算法进行曲面重构。

沥青路面纹理三维重构及评价方法研究综述目录一、内容概览 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 国内外研究现状概述 (4)1.3 研究内容与方法 (5)二、沥青路面纹理三维重构技术 (6)2.1 传统三维重构方法 (7)2.1.1 线性扫描法 (8)2.1.2 激光扫描法 (9)2.1.3 结构光法 (10)2.2 非线性三维重构技术 (12)2.2.1 数字图像相关法(DIC) (12)2.2.2 基于点云数据的三维重建 (14)2.2.3 体素化方法 (15)三、沥青路面纹理三维评价方法 (16)3.1 纹理特征提取 (18)3.1.1 线性特征提取 (19)3.1.2 非线性特征提取 (20)3.2 纹理特征分析 (22)3.2.1 统计分析 (23)3.2.2 时频分析 (24)3.2.3 机器学习方法 (26)3.3 纹理质量评价标准 (27)3.3.1 定量评价标准 (29)3.3.2 定性评价标准 (30)四、实验与结果分析 (31)4.1 实验材料与参数设置 (32)4.2 实验方法与步骤 (33)4.3 实验结果与分析 (34)4.3.1 三维重构效果对比 (36)4.3.2 纹理特征对比分析 (37)4.3.3 纹理质量评价结果 (38)五、结论与展望 (39)5.1 研究成果总结 (40)5.2 存在问题与不足 (41)5.3 未来研究方向展望 (43)一、内容概览随着道路交通的发展和城市化进程的加快，道路路面的性能和舒适性越来越受到人们的关注。

沥青路面作为一种常用的道路材料，其纹理特征对于提高路面的抗滑性、耐磨性和舒适性具有重要意义。

本文主要对沥青路面纹理三维重构及评价方法的研究现状进行综述，旨在为相关领域的研究提供参考。

本文介绍了沥青路面纹理的概念、特点以及在道路性能中的作用。

分析了目前沥青路面纹理三维重构的研究方法，包括基于光学的方法、基于激光扫描的方法和基于图像处理的方法等。

曲面逆向建模
曲面逆向建模是一种数字化设计技术，它的主要目的是基于现有的实体模型，通过逆向推导出其表面曲面的数学方程，从而实现对该模型的后续编辑、分析和优化。

曲面逆向建模的应用非常广泛，涉及到汽车、飞机、船舶、机械、电子、医疗等众多领域。

例如，在汽车行业中，曲面逆向建模可以帮助设计师快速生成汽车外壳的三维模型，并进行仿真分析、优化设计，大大提高了产品开发效率和质量。

曲面逆向建模技术的实现过程主要包括三个步骤：采集数据、曲面重构、曲面拟合。

其中，采集数据是指通过各种手段获取模型的点云数据或网格数据；曲面重构是指基于采集到的数据，重建出一个连续光滑的曲面；曲面拟合则是在已有的曲面基础上，通过拟合算法优化曲面形状，以满足设计需求。

与传统的手工建模相比，曲面逆向建模具有高效、精确、可控等优点，可以大大提高设计效率和准确度。

同时，该技术还可以与CAD、CAE等软件相集成，实现全局化的数字化设计，为工业制造领域的数字化转型提供了强有力的支持。

- 1 -。

文章编号：

1671 -4598(2022)07 -0194 -07 DOI：10. 16526/j. cnki. 11-4762/tp. 2022. 07. 029 中图分类号:TP3 文献标识码：

A

计算机测量与控制.2022. 30(7)・194・

Computer Measurement &

Control

k k 乂 乂 J: J ” ■ J: J J .<■ .<■ Jr

基于三维注意力机制的车辆重识别算法方芳策1,楂宏诬2,谢兩底1,刻搐噸

1

(1.中国海洋大学信息科学与工程学部，山东青岛

266100

；

2.中国运载火箭技术研究院研究发展部，

北京

100091)

摘要：为解决套牌车识别难度大的问题，通过深度学习的技术，基于

ResNet-50,结合通道注意力机制和位置注意力机制，

设计了一种三维注意力机制对近似车辆进行精确识别；解决了当前大部分注意力算法都关注于一维的通道注意力和二维的位置注 意力，而处理的图像数据是三维的，不能将注意力集中在所有需要关注的区域

，造成部分关键信息遗失的问题；该三维注意力机

制在多种视觉任务下均有很好的效果，在CifarlOO数据集上，相比SENet有1. 12%的提升，在PKU VehiclelD数据集上，相比

SENet平均有2 %的提升。

关键词：

注意力机制；深度学习；套牌车识别；交通管理；

Vehicle Recognition Algorithm

Based

on 3D Attention

Mechanism

FANG Yance1, ZHANG Hongjiang2, XIE Yucheng1,

LIU

Peishun1

(1. College of Information Science and Engineering,

Ocean University of China,

Qingdao

226019,

China

；

2. R&D Department, China Academy of Launch Vehicle Technology, Beijing 100076, China)

基于逆向工程的玩偶三维曲面模型重构技术摘要：本文研究了应用ug软件对“点云”数据进行曲面重构的过程：扫描线的生成、扫描线的排序、曲面裁剪和曲面的拼接直至曲面的构成，提出了一种先平面裁剪后拼接融合的多个小平面拼接方法，可使多个曲面光滑地连接成为一体。

关键词：点云逆向工程三维曲面模型重构一、引言cad/cam技术的日益成熟，并与现代加工设备的有机结合，只要有了三维cad模型，就可实现对产品进的新设计和各种工程分析，结合产品开发的要求进而创造出新产品。

二、基于ug软件的玩偶曲面重构在玩偶的曲面逆向工程中，玩偶曲面重构是设计玩偶cad模型构建的关键。

这里重点以玩偶的点云数据为对象，对玩偶曲面的特征曲线进行重构，如图1所示。

在对玩偶曲面的构建之前，首先对玩偶曲面构建进行规划，通过分析玩偶曲面的结构特征，可以将玩偶点云数据曲面的构建分为5部分：耳朵、脸、眼睛、嘴巴、鼻子，对这五个部分分别进行曲面构建后再进行拼合，如图2所示。

在玩偶曲面的重构过程中，为了便于元素的选择，采取了将耳朵、脸、眼睛、嘴巴、鼻子分别建立在不同的层上，各自的特征线也归属于自己的层，这样便于玩偶各部分曲面重构方便操作。

（一）玩偶逆向建模曲线构建特征线是cad模型重构的重要信息，特征线构建质量直接影响逆向建模的质量。

本节以玩偶的点云数据为例，说明应用ug软件构建曲线的过程。

对于以自由曲面为主要构成要素的产品，型面分析师建模规划的主要内容，即如何将一个复杂曲面产品分解成单张自由曲面。

以玩偶点云数据为例，该cad模型可以分解为耳朵、脸、眼睛、嘴巴、鼻子，这些部分又可以再次细分为四边形构成的曲面。

将玩偶点云数据作截面点，形成一条水平截面线。

截面点云数据以x=0坐标平面呈对称。

故在轮廓线的构建过程中，只要构建一般的曲线轮廓，然后使用镜像操作就可生成全部的曲线轮廓。

对玩偶耳边边界曲面由截面点云数据插值生成，以此选择点云数据生成一条b样条曲线，由于耳朵边沿曲线变化平缓，在取点时尽量使插值点分布均匀，分析重构曲线的曲率分布情况。

基于 CATIA汽车副车架特征面拟合与分析摘要：针对汽车行业对冲压零部件逆向设计的需求，采用三维数字化软件CATIA对汽车副车架点云特征面进行了拟合与分析。

运用CATIA软件对处理好的点云进行曲率分析，根据曲率分布情况拟定特征拟合的方法及步骤，按照先基准特征再次要特征的顺序进行逆向设计，并通过QSR模块对特征拟合情况进行检测与分析，确保拟合曲面的精度符合产品误差要求。

该拟合设计方法适用于各类复杂冲压件及钣金件，对控制逆向设计产品的精度具有指导意义。

关键词：逆向设计；数字化建模；特征拟合1 引言汽车零部件的设计精度直接影响到汽车驾驶的舒适度和安全性。

当前汽车零部件多数采用金属板材多工序冲压成型，由于汽车车体部件结构较复杂，导致设计周期长，检测程序繁琐等问题，此时需要运用逆向设计来达到缩短设计周期，简化检测程序的目的。

传统的逆向设计技术是通过测绘将已有产品进行测量描绘再依据图纸加工出产品，这种逆向技术已普遍的应用于各机械制造行业，但存在成本高、周期长等缺点。

为解决传统测绘方法的弊端，采用先进的三维数字化软件，通过逆向采集方法提取汽车副车架的外部形貌，再将其点云特征进行拟合，达到快速设计的目的。

2 技术流程首先将处理好的点云导入CATIA软件，对点云进行曲面分析，找出零部件特征确定设计拟合步骤及顺序，而后按照先基准特征再次要特征的顺序进行逆向设计，并通过QSR模块对特征拟合情况进行检测与分析，确保拟合曲面的精度符合产品误差要求。

技术流程图如图1所示。

图1 检测技术流程图3 特征面拟合特征面拟合是指逆向设计过程中运用三维数字化技术拟合产品特征曲面的过程。

本文运用CATIA软件对汽车副车架点云进行了形貌重构。

3.1 曲率分析副车架是汽车构造中的关键构件，主要影响着驾驶员的操控性以及乘车人的舒适性。

如今，副车架的结构已单独成为一个体系，其能够承载车身的重量也能够稳定的连接前后车轮的驱动系统，结构趋于柔性化，使后续零部件配换带来便捷性。

基于Alias的汽车整车A级曲面设计和品质评价摘要：本文主要分析论证基于Alias的汽车整车A级曲面设计和品质评价以及整车A级曲面涉及的流程、原则上面的一些问题，进行分析讨论。

关键词：A级曲面，曲面构建；品质评价随着当代科学技术的进步，当前的很多设计作品都是非常的人性化的并且贴合人体的设计基本上都会取得很好的市场效果，这促使人们对设计的产品审美方法方面有很大的要求，也越来越对设计者有挑战性。

其中针对汽车而言，汽车的外观设计在汽车的整体上都有很大的要求，这将在市场上决定成败，因为很多的顾客针对汽车外形这一方面也是有很高的需求，不仅是局限与汽车的性能问题。

一、整车的A级曲面设计和制作流程1.整车的A级曲面设计汽车工程的早期，创始人、设计师拥有对市场敏锐的预见能力是一辆辆汽车开发诞生的前提。

直到今天一辆车的开发主要是来自于市场的预先评估，做完评估后，需要立即着手设计方案，待方案得到认可后，对车身外形设计进行具体设计。

设计师主要是依据空间布局和草图进行设计，在经过各项评估后制作数字模型。

在这一环节上建模师需要经过反复多次的评审、校核以及到最终的完善一个模型都是需要极精细的数据，这样才能将整车的A级曲面设计完善，建模后发布数字模型进而去到后期工程上。

2.整车A级曲面制作原则以下所述，为整车A级曲面制作原则：（1）最大程度满足工程施工需求；在条件允许下，能够做合理的修改为满足造型最优。

（2）不能让造型上显示出光影暗区（3）曲面光顺在逆向工程上特别的注意，如果曲面光顺和精度产生了矛盾，偏差为1-2mm即可。

（4）在施工的情况下，必须满足模型的效果所一致。

（5）连续性上做具体的要求进行指导（6）无论是油泥模型mesh高光还是斑马走势的模型，都要满足设计所需（7）造型原则必须保证简单明确（8）视觉上经过检查减少瑕疵。

二、整体A级曲面构建1.整体A级曲面构建通过几何方式分类主要将汽车的外表分为以下几种情况：主曲面、过度面、消失面、圆角面等六个方面。