鲜花形态建模与可视化技术研究

鲜花形态建模与可视化技术被广泛应用于计算机动画、游戏以及农学教学和科研等领域。本文以玫瑰花为研究对象,通过对玫瑰花形态结构的观测分析,建立了玫瑰花的三维几何模型。然后在VC++ 6.0下结合OpenGL图形库,绘制了玫瑰花的三维形态,并对其进行了着色、纹理映射、光照等处理,使建立的模型更加形象逼真,最后模拟了玫瑰花开放过程,从实验结果来看,模拟的玫瑰花开放过程具有较强的真实感。     

Multi-GPU加速的二元合金定向凝固三维相场模型

基于三维相场模型,使用MPI+CUDA异构协同并行技术,在GPU集群上建立三维合金定向凝固的MultiGPU计算模型,实现了Al-Cu二元合金三维定向凝固的模拟.再现了Al-Cu二元合金三维定向凝固的过程,以及不同取向晶粒间的竞争生长现象.通过与传统CPU串行计算模型相比较,验证了Multi-GPU计算模型的计算效率和加速效果.实现了二元合金定向凝固的加速模拟计算,其加速比最大可达57.7.     

云南省金平白马寨镍矿体深部预测

应用地质统计学的理论和方法,借助矿床数学模型软件,利用三维数值模拟技术建立了云南省金平白马寨镍矿Ⅲ号矿体的深部矿体模型.模型清楚地体现了矿体的形态、产状和成矿元素分布特征,模拟结果与实际矿床基本特征吻合较好,并在此基础上进行了矿体的深、边部成矿预测.该研究表明基于数字矿床模型的研究方法在深部勘探过程中具有很好的实用性.     

基于数值模拟的注浆过程三维动态可视化

数值模拟是研究注浆过程的重要手段之一,但是数值模拟无法动态展示注浆全过程.为解决这一问题,本文对注浆全过程进行三维动态可视化,从而使得"不可见"的注浆过程变得"可见",为注浆工程质量管理提供强有力的技术支持.基于耦合FVM法的混合模型,本文对注浆全过程进行了三维数值模拟,得到了注浆浆液时空分布规律;结合TIN算法、边界表达技术和NURBS简化技术,建立了注浆区域内的工程地质三维统一模型;基于数值模拟成果和工程地质三维统一模型,本文应用网格曲面重建技术、虚实耦合技术、纹理映射技术对注浆全过程进行三维动态可视化.工程实例研究表明三维可视化方法能真实、直观地反映注浆过程中浆液的扩散变化过程.     

不锈钢薄板TIG焊三维熔池数值模拟与测量

以TIG焊熔池为研究对象,建立不锈钢薄板三维移动TIG焊熔池的数学模型.模型中考虑浮力、电磁力、表面张力、边界条件和热物性参数.利用Fluent软件,求解控制方程组,得到不锈钢薄板TIG焊接过程运动的熔池形状、温度场和流场.并用激光器发射激光点阵到电弧下方工件,由熔池表面镜面反射于成像屏上,高速摄像获得反射的激光点阵,通过数据恢复处理得到熔池边缘信息,用模拟结果进行对比分析.结果表明,所建立的三维运动熔池的模型是准确的,模拟所获得的1 820K等温线与试验获得的熔池边缘吻合良好,模拟熔池截面与熔透焊缝截面形态也有着较好的吻合.     

某料场高边坡开挖有限元数值模拟研究

根据某料场高边坡的实际地质地形特征,建立了三维边坡开挖数值模型,模拟了该边坡从天然工况到逐级开挖工况下的开挖变形形态、应力状态及边坡稳定性等,并进行了系统的研究.结果表明,数值计算模型能够比较真实地反映边坡实际情况,数值模拟的结果是可靠的、合理的,能够在此基础上对边坡以后的应力场、形变场特征作出较好预测.     

复合土钉墙变形性能的三维弹塑性ADINA有限元分析

运用大型非线性有限元软件ADINA,模拟某深基坑土钉+水泥土搅拌桩复合土钉墙基坑开挖与支护的施工过程,建立了整体三维有限元模型,模型考虑了基坑的整体空间作用,克服了二维平面或局部的三维有限元模型分析的不足.分别得出了基坑的整体位移、开挖面的水平位移、坑后地面沉降的位移、坑底隆起的位移,并与现场实测值进行了对比.结果表明,计算值与实测值基本吻合,说明建立的非线性有限元计算模型和分析方法是可靠的,能够较好地运用于实际工程的分析和预测.     

油井水力压裂的三维数值模拟

为了研究油层岩石在水力载荷作用下的裂纹扩展及渗流行为,采用渗流应力耦合模型对水力压裂过程进行了三维有限元方法数值模拟研究.预设裂纹用粘结单元来模拟,裂纹的起裂和张开用单元的损伤因子表征.为了使得在裂纹扩展过程中,流体压力能随裂纹扩展动态地跟踪加载到裂纹面上,给出了流体压力在裂纹内传递的模型,并编写用户子程序予以实现.模拟结果得到了水力压裂过程中岩石中的应力分布、孔隙压力分布、压裂液的滤失以及裂缝的几何形态.分析了压力和隔层等因素对裂纹几何形态的影响.该研究结果对石油工程中压裂方案设计及故障诊断有一定的理论参考价值.     

界面扩散控制晶粒生长动力学的计算机模拟

建立一个模拟晶粒生长过程的三维计算机模型，利用该模型可以方便地模拟不同条件下的晶粒生长过程，对不同温 度、体积分数和激活能条件下的生长过程进行了模拟运算结果表明：三维晶粒尺寸ｒ随时间ｔ演化的生长过程满足关系ｒ－ｔ＾１／ｎ，ｎ的值约为６，该模型的计算机模拟对纳米相生长动力学等实验具有一定的理论预见的指导意义。     

基于Matlab的不同材质三维纱线模拟技术

为了模拟真实感较强的三维纱线,从纱线的本质分析入手,探讨柔性纱线模拟过程存在的主要问题,确定影响纱线外观模拟的主要因素有纤维的长度和细度、纱线的细度、捻度和蓬松度等.选用Matlab模拟工具和纤维级模拟方法实现不同长度和细度纤维构成纱线的三维外观模拟,为不同材质三维纱线模拟探索一种方法.论述了基于Matlab的三维纱线模型的建立方法,并通过不同细度纤维构成纱线对比效果图和三维映射后三维纱的模拟图,验证了该法可以模拟出真实感较强的三维纱线,指出线性模拟和三维映射2种方法的主要用途和发展方向.     

计算机图形学的应用及研究

计算机图形学是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。计算机图形学的应用已经深入到真实感图形、科学计算可视化、虚拟现实、计算机美术与设计、计算机动画艺术、智能CAD等领域。介绍了计算机图形学的发展历史、应用和发展前景。     

实时织物悬垂性能物理模型及应用

快速计算机模拟和仿真技术是纺织物、服装的计算机辅助设计和制造的关键技术组成．逼真的纺织物、布料、服装的三维计算机可视化设计在其他许多领域也非常重要．例如在3DCG电影制作中逼真的计算机服装动态特效、3D电脑游戏、网上购物等．本文着重于计算方法，综述和分析了服装物理模型及其应用的最新进展，探讨了当前主要存在的问题，技术挑战，和可能的解决方案．提出了一种基于变形能的服装悬垂模型及算法，并展示了仿真结果．本文所提出的模型适用于纺织物、服装的快速计算机三维动态模拟．另外，也提出和探讨了识别纺织物材料的复杂动态变形材料性能参数的可能性方案．     

基于三维重建的人脸姿态估计

人脸姿态估计是计算机视觉及人脸识别领域的一项关键研究内容.将三维模型应用于估计人脸图像姿态参数,提出了基于三维重建的人脸姿态估计算法.根据人脸正面图片上的特征点计算出形状参数,实现三维人脸重建.基于三维人脸模型,由姿态图片上提取的特征点信息推知等姿态下模型上对应特征点的信息,针对照模型正面姿态,运用线性回归估计姿态参数.实验表明,重建的三维人脸具有较好的真实感,在较大的姿态变化范围内,该方法也能够取得较好的估计精确并具有鲁棒性.     

基于激光点云的树木三维几何建模系统的设计与实现

根据树木的几何拓扑原理,直接利用地面激光扫描仪扫描获得的活立木点云数据,提出了一种基于点云数据的树木三维高精度、真实感的快速重建技术,重点解决了树木骨架点的提取、枝条系统分级重建、模型交互式编辑等关键技术.应用结果表明,基于点云的树木三维几何建模系统能够克服传统树木建模精度低、效率低、形态逼真度差等不足,依据点云数据能快速高效地重建出忠实于现实树木形态结构的三维真实感模型.系统具有良好、灵活的交互性以及较强的实用性,可广泛应用于森林资源管理、精准农业、古树名木管理、园林规划设计等领域.     

斜齿轮啮合过程中载荷及应力分布的计算与模拟

针对实际工况的斜齿轮,提出了一种啮合过程中斜齿轮三维有限元模型的参数化表达方法,给出了模型的网格划分方法和边界丛载荷条件,并开发出了相应的计算机程序,对轮齿从啮入到啮出整个周期的载荷及应力的分布规律进行了计算和模拟。     

具有真实感的虚拟人头部的一种构造方法

在人类交流信息、情感和动机暗示的广泛能力之中，面部是其中最关键的组成部分之一．因此，具有真实感的三维人脸模型的构造和动画是计算机图形学领域中一个重要的的研究课题．如何能够便捷有效的构造出具有真实感的三维人头部模型是其中一个难点．本文介绍了一种三维人头部模型的构造方法．该构造方法基于一个已存在的三维头部的无个体特征的一般模型，该模型可以经过调整而创造出具有个性特征的头部模型；借助于从两张从正交角度拍摄的普通的某个人的二维照片上采集到的能够反映该个体特征的数据参考点作为控制点，通过DFFD(Dirichlet Free-Form Deformation)的自由变形方法，调整该三维头部模型，进行非线性变形，向特征人面部结构逼近，从而构造出具有个性化特征的头部模型．在此基础上，本文提出了对该方法的一种改进，即对用来进行控制非线性变形的参考点赋以不同的权值，进行分层次控制，从而使得三维头部模型能够更精确的再现个体特征．     

基于分形的三维莲花模拟

对莲花的三维逼真模拟进行了研究,经过观测,发现了花瓣间及花瓣结构的层与层之间具有统计自相似性,且花瓣数目依Fibonacci序列分层排列．根据图形学原理和植物形态学原理,按照莲花的形态结构,提出了利用分形技术实现三维莲花的建模．并通过实验得到了三维莲花的IFS码和较为逼真的模拟结果．     

基于OpenGL的三维散乱点生成真实感地形的研究

三维真实感图形是科学可视化、计算机动画和虚拟现实的技术核心，也是时空一体化地理信息系统的关键技术，而OpenGL又是最新的三维图形的国际标准，为实现地形的真实感显示，本文讨论三雏散乱点数据通过插值算法生成数字高程地表模型(DEM)，并通过OpenGL的纹理映射来生成真实感地形的技术。     

基于深度学习的三维模型重构研究

由单个图像建立其三维模型是计算机视觉领域的一个热门且具有挑战性的问题.现有的传统单视图三维重构算法在处理低分辨率图像时效果不好,在训练中由于三维图形的高维性,使网络也变得高度不稳定,导致模型重构效果差.针对传统三维重构算法存在的缺点,提出一种基于深度学习网络的改进模型,在模型中加入超分辨率、投影、对抗生成网络(generative adversarial network,GAN)等模块,采用模块化设计强制生成的三维形状与深度图像对齐,使得映射更加规则.在损失函数上运用Wasserstein GAN思想,引入惩罚项,使网络训练难度降低,减小网络模型对训练数据集的依赖,克服了传统算法存在的问题.实验证明,提出的模型较传统方法重构的三维模型更加逼真,符合客观事实.