[發明專利]一種基于改進的二階振蕩PSO算法的NURBS曲線擬合方法

有效

• 申請號: 202110436477.4
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113111405B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 蓋榮麗;高守傳
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/20;G06F17/12;G06N3/006
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 蓋小靜

本發明公開了一種基于改進的二階振蕩PSO算法的NURBS曲線擬合方法，包括：獲取待擬合離散數據點；對所述離散數據點進行參數化處理；以反曲點和曲率極值點為選取標準，從所述離散數據點中篩選出最能體現其形狀和特征的點，記為特征點；得到NURBS曲線的節點向量；將所述特征點在最小二乘法下逼近，反算得到初始控制點；構造所述初始控制點坐標的初始種群并進行種群初始化；建立有效的適應度函數；利用改進的二階振蕩PSO算法對初始控制點的位置進行優化，得到優化后的最優控制點；根據所述節點向量和優化后的最優控制點，擬合生成NURBS曲線。本方法提高了NURBS曲線擬合的準確性和可靠性。

技術領域

本發明涉及逆向工程及計算機輔助設計領域，具體涉及一種基于改進的二階振蕩PSO算法的NURBS曲線擬合方法。

背景技術

逆向工程中往往需要依托大量的點云數據來重構實物模型，但在實際測量過程產生的誤差較大，故操作人員一般會采用插值或逼近的方法來盡可能的減小誤差，從而得到精度較高的曲線。在插值過程中，曲線可以精確的通過每一個離散數據點，因此也會使數據量變得很大，增大數據傳輸與處理的負擔，效率不高。相比之下，逼近擬合的方法既可以調節擬合精度，也可以壓縮數據量，無論在航空航天、船舶、汽車制造還是數控機床都得到廣泛應用。

NURBS曲線作為參數曲線擬合方法的一種常用曲線，相比于NC代碼節省了很多存儲空間，而且得益于其穩定的性質以及良好的局部控制能力，在20世紀80年代后期成為用于曲線曲面描述的最為流行的數學方法，也是產品模型數據交換標準STEP中定義自由曲線曲面唯一的表示形式。目前國外很多先進的數控公司如FANUC、SIEMENS、MITSUBISHI等都有成熟規范的NURBS曲線擬合、規劃與插補方法，但這些技術處于保密狀態，并不對用戶開放。

我國制造業在此類技術方面還較為落后，特別是工業4.0在全世界工業領域引起極大討論和研究以后，從根本上擺脫對國外技術的依賴，彌補國內操作系統對曲線曲面解析、插補、路徑規劃等欠缺成了研究者們努力的方向。

為此需要開發具有完整生產價值的NURBS曲線擬合、插補、速度控制的軌跡規劃技術及運行體系。

發明內容

本發明目的是提供一種基于改進的二階振蕩PSO算法的NURBS曲線擬合方法，其修改了反曲點、曲率極值點的選取標準,將最能反應軌跡形狀的這兩類點作為特征點代替所有離散數據點；初始控制點坐標展開成一維向量構造粒子初始種群,由改進的二階振蕩PSO算法進行優化，最終使NURBS參數曲線擬合在壓縮數據量的基礎上仍能保持較高的精度。

為實現上述目的，本申請的技術方案為：一種基于改進的二階振蕩PSO算法的NURBS曲線擬合方法，包括：

獲取待擬合離散數據點；

對所述離散數據點進行參數化處理；

以反曲點和曲率極值點為選取標準，從所述離散數據點中篩選出最能體現其形狀和特征的點，記為特征點；

得到NURBS曲線的節點向量；

將所述特征點在最小二乘法下逼近，反算得到初始控制點；

構造所述初始控制點坐標的初始種群并進行種群初始化；

建立有效的適應度函數；

利用改進的二階振蕩PSO算法對初始控制點的位置進行優化，得到優化后的最優控制點；

根據所述節點向量和優化后的最優控制點，擬合生成NURBS曲線。

進一步地，對所述離散數據點進行參數化處理，具體為：采用弦長參數化方法獲取離散數據點所對應的NURBS曲線參數，其實現方式為：

將所述離散數據點記為{Q_i},i＝0,1,…,m，即：共有m+1個離散數據點；