一种面向3D打印的点云快速重建算法

采用KinectFusion点云融合技术,探索三维重建技术与3D打印技术的结合性,设计并实现了一种面向3D打印的点云快速重建算法.首先使用手持型Kinect获取物体表面点云数据,使用八叉树存储数据,利用ICP(iterative closest point)算法进行点云配准与融合;然后采用基于统计异常值检测方法、随机抽样一致性算法(RANSAC)、移动最小二乘法等算法对点云数据进行后处理;再将处理后的点云数据进行三维表面重构并根据重心加入底座、支柱等缺失部位,以保持模型的平稳性;最后使用自制的三角洲打印机打印成型.试验结果表明,该算法实现了从实物到三维虚拟模型再到实物打印成型的整个过程,具有设备成本低、实现简单并且高效快速等特点.     

贵州龙化石三维数字模型的构建与3D打印

针对古生物化石数字化建模过程中存在局部特征丢失、重构精度低、色彩还原性差等问题。以贵州龙化石为研究对象，采用非接触式激光三维扫描技术获取带纹理的点云数据，基于纹理映射的局部特征修复方法，讨论了不同特征线提取法对化石表面结构拟合精度的影响，构建了高精度、真实感三维数字模型，并采用基于白墨填充技术(White jet process, WJP)的全彩色3D打印技术对化石进行复制。研究结果表明：采用纹理映射特征修复结合探测轮廓线提取特征线进行曲面重构的方法能够精确的反映贵州龙化石的结构特征与纹理色彩，模型最大偏差为-0.019 1～0.020 0 mm。彩色3D打印技术制作的贵州龙化石模型表面光滑、结构精细、纹理色彩还原度高，能够克服传统化石复制方法与普通3D打印技术的不足，对古生物化石的研究、展示、复制提供了技术参考。     

基于OpenGL的ArcGIS Globe动态三维符号渲染可视化研究

针对ArcGIS Globe中3D图形动态三维符号渲染受限的问题,提出一种在ArcGIS Globe中嵌入OpenGL的解决方法。利用OpenGL解析3D模型文件,实现模型的渲染与定向,并配合光照技术完成Globe 3D模型绘制;在此基础上,使用单独的线程监视三维场景新增的数据,并将三维符号的地心数据及其状态保存在内存之中,以提升动态渲染的效率。实验表明:本方法利用OpenGL改善了ArcGIS Globe的三维符号动态可视化效果和性能,具有一定的理论意义和实践价值。     

太空场景的仿真及其应用效果

利用Microsoft Visual Studio和OGRE图形资源,以太阳系行星运动为背景,开发一个行星运行模拟系统,探讨构建太空场景的计算机模拟方法.采用的方法有:对于三维对象的静态,利用模型制作软件（如3DMax）将实体对象制作出来;对于三维对象的运动,用适当的计算方法进行编程实现.天体运动的仿真方法均通过编程得以模拟实现,能够自行在3D空间中运转.实验表明所设计的仿真方法,利用3D图形资源易于实现.     

基于单幅正面照和统计模型的三维人脸重建方法研究

为提升单张图片三维重建的效率、提高重建的精准度,提出了一种基于单张图片和统计模型的三维人脸重建技术。首先基于智能行为理解组（intelligent behaviour understanding group,IBUG）,采用监督下降算法（SDM）进行训练来建立二维人脸特征点参数模型;再应用该参数模型对给定图片进行特征点提取;然后基于北京工业大学3D数据库（BJUT-3D）进行三维人脸统计模型的构建;最后,以三维人脸统计模型为基础,使用学习因子自适应梯度下降法对能量函数进行迭代优化,得到统计模型参数化向量,使用该向量来调整统计模型,实现与给定图片相匹配的三维人脸模型构建。实验证明,与现有的方法相比,本文方法重建出的三维人脸模型具有更高的精确度和自适应度。     

基于机器学习的人体动作深度信息识别方法研究

为了实现人体动作的准确检测识别,提出基于机器学习的人体动作深度信息识别方法,构建人体动作的三维图像采集模型,建立人体动作三维重建图像的表面结构重构模型,结合模糊度特征提取方法对人体动作三维重建图像进行多尺度分解,采用三维空间结构重组的方法进行人体动作细节特征识别,建立人体动作图像的多维分割模型;采用机器学习算法进行人体动作的细节特征分类识别,建立人体动作深度信息的提取和分类模型,在机器算法下实现人体动作的深度信息检测和多维识别。仿真结果表明,采用该方法进行人体动作深度信息识别的准确度较高,特征分辨力较好,具有很好的人体动作信息检测和辨识能力。     

基于Java3D的手机产品展示模型研究

结合Java3D、几何建模和纹理映射等技术建立并实现了直板手机和翻盖手机的真实感三维展示模型。展示系统以数字图片作为输入，基于Java3D进行手机产品的几何建模，利用纹理映射技术，实现了高效率、高质量的手机产品三维展示的计算机仿真效果。本方法模型建立简单，产品展示真实感程度高，交互性强，可广泛应用于手机产品的展示及广告宣传等领域。     

基于三维精度特征符号的3D零件模型同步随动三维标注

为了提高产品的全三维数字化设计与制造的效率和质量,对全三维模型表达产品信息的方式进行研究.提出基于模型定义技术的三维标注方法,建立三维标注特征库和三维精度特征符号库,用计算机容易访问的BNF(backus-naur form)范式进行三维标注,通过齐次坐标转换实现三维标注与3D零件模型的同步随动,基于Pro/E平台,实现3D模型产品设计信息的三维标注.     

用于梯度分布材料 3D 打印实验设备的开发

传统工艺制作梯度材料十分困难, 为此, 设计开发了用于梯度分布材料的 3D 打印工艺与实验设备,包括梯度建模、 控制系统及打印机械装置。 基于图像灰度变化, 建立了材料成分梯度的建模方法。 基于运动控制器设计了包括 X、Y、Z 三维空间位置轴和 U、V、W 3 种材料挤出轴的 6 轴联动系统, 具有运动轨迹规划及连续插补等功能。 开发了控制系统软件和硬件, 实现了材料比例输送与三维运动协调控制。 采用活塞挤出、 动态混合及直线三维平台设计, 构建了 3D 打印机械装置。 使用开发的实验设备, 采用不同颜色材料进行了梯度分布打印试验, 验证了开发实验设备打印梯度分布材料的可行性。     

基于UML的超声三维可视化无损检测系统

为了满足工业无损检测中人们利用超声点云数据进行三维重建的需求,提出一种UML与组件技术相结合的用于超声三维可视化无损检测系统的建模方法.分析系统需求,并利用UML和组件技术相结合的建模方法,构建出超声三维可视化无损检测系统模型,包括系统的架构、需求、用例、静态类、活动、时序和组件部署模型,开发出超声三维可视化无损检测软件系统原型,并经过实例验证了建模方法的有效性.系统开发实践证明:基于UML和组件技术的超声三维可视化系统结构设计合理,复用性、维护性和可拓展性强,为研究超声点云的三维重建算法和将其用于工业无损检测的目标提供了实验依据和实验平台.     

基于轮廓线透视反求的三维重构建模研究

从一幅简单的图形出发,采用人工半自动提取产品的轮廓外形,利用灭点进行三维重构,计算产品的特征点的坐标及其相对位置.从透视学的角度出发,进行了透视元素、基本体素到组合体素的反求研究,并且给出了其相应的原理和算法.利用OpenGL显示轮廓的模型,搭建基于产品多感知因素的三维重构系统框架,实现设计重用辅助产品创新设计.     

基于轮廓线的透视反求研究

从一幅简单的图形中,采用人工半自动提取产品的轮廓外形,利用灭点进行透视反求,把二维信息转换为三维信息,计算产品的特征点的坐标及其相对位置,进行了透视元素、基本体素到组合体素的反求研究。并利用OpenGL显示轮廓的模型,搭建基于产品多感知因素的三维重构系统框架,实现设计重用辅助产品创新设计。     

特征间互补性结合使用的3D模型检索技术

三维（3D）模型检索是多媒体信息检索的热点研究问题之一。针对基于单一形状特征的3D模型检索存在 的不足，提出了结合多种形状特征进行模型检索的方法。把模型的面积分布和纬度方向平均半径2种特征被应用 于模型检索。实验结果表明，由于不同形状特征的互补性，采用多种形状特征可以得到更好的检索准确率。     

基于CAD／CAM的手机外壳数控加工

阐述了在塑料模具制造中所采用的新设计制造工艺方法和路线.首先利用CAD/CAM软件进行产品的3D图形设计;然后根据产品的特点设计模具结构,生成模具型腔实体图;再在Mastercam中根据模具型腔的特点绘制CNC数控加工工艺图,拟定数控加工工艺路线,输入加工参数,生成刀具路径;最后进行三维加工动态仿真,生成加工程序,并输送到数控机床进行自动加工.     

3D打印技术在职校机械类创新竞赛中的应用

学生参加机械产品创新竞赛过程中,经常需要加工一些零件,而采用传统的加工方法制造零件需要耗费大量的时间、人力和物力。为了解决该问题,在创新竞赛中尝试了采用3D打印技术来加工这些零件。首先依据3D打印的相关背景知识,分析了在职业院校机械产品创新竞赛中应用3D打印的条件;然后,结合相关案例,阐述了3D打印技术在机械零件制造过程中的应用;最后,对职校机械创新实验室中应用3D打印技术的效果进行了分析。     

特征间互补性结合使用的3D模型检索技术

三维（3D）模型检索是多媒体信息检索的热点研究问题之一。针对基于单一形状特征的3D模型检索存在的不足，提出了结合多种形状特征进行模型检索的方法。把模型的面积分布和纬度方向平均半径2种特征被应用于模型检索。实验结果表明，由于不同形状特征的互补性，采用多种形状特征可以得到更好的检索准确率。     

基于“草图跟踪”的复杂曲面设计方法

介绍了基于原有产品图片资料的三维重建方法,即根据被仿制车型的图片资料,从二维信息中提取三维信息,在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体,重构汽车外形主模型的建模方法·利用CATIA软件中的草图跟踪模块,在3D视角中引入实际车身大小外形草图图像,作为构建车身三维几何模型的基础,依据现有参数化曲面理论和应用软件曲面造型方法,结合产品的外形情况,采用曲面分块车身建模方法,对车身建模和创新设计过程中涉及的关键技术进行了分析·     

三维激光扫描技术在木雕展品建模中的应用

首先,通过手持高精度三维激光扫描系统获取木雕展品的点云数据,在VXelements-3D软件平台进行精度校准,并利用Geomagic studio软件进行扫描破洞修正.然后,通过网格医生进行数据侦查,生成可以用于网络展示及3D打印的三维模型数据.结果表明:该建模方法可提高扫描速度、优化模型的成像质量、控制噪点数据的开销.     

单台Kinect快速获取完整三维模型的方法研究

随着3D打印技术的发展,快速、高效地获取三维模型成为亟需解决的问题.本文提出一种基于Kinect获取物体完整三维模型的方法.通过搭建合适的硬件和软件环境,利用Kinect设备从不同角度对物体进行全方位的旋转扫描,并结合Skanect软件记录物体扫描建模的全过程.实验结果表明,本文方法成本低、效率高,能够快速重建物体的三维模型,有利于推动3D打印技术的进一步发展.     

一种可定制三维图形仿真引擎体系结构研究

针对现有3D图形引擎中软件体系结构比较具体、内部模块之间耦合度大、系统排故困难、新技术新算法无法快速嵌入等问题,提出了一种可定制三维图形仿真引擎平台的体系结构。该体系结构从研究复杂仿真系统角度对复杂引擎平台系统的设计准则、扩展机制、仿真资源装配关系、典型模块开发及组件封装等仿真模型进行了描述。利用这些仿真模型,应用开发者可以明确设计思路,集成最新算法资源,灵活定制仿真装配组件,立足于仿真学科快速组建自己通用化的三维虚拟仿真引擎平台。