基于有符号距离场的矿山三维模型布尔运算

针对复杂形态的矿山三维模型构建,提出一种基于三角网格的有符号距离场的三维模型布尔运算算法.首先借助方向包围盒层次树快速计算三角形之间的交线,然后通过约束德洛内三角剖分对候选的三角形逐个进行拆分,分别计算三角网格模型的顶点、边和面的角度加权伪法矢,建立要运算的2个三角网格的有符号距离场,从而根据有符号距离场确定拆分后三角形单元与另一个模型的位置关系,最终根据布尔运算类型进行取舍得到表面模型的运算结果.该算法能有效的对三角网格表面模型实施布尔运算,适用于各种复杂的矿山三维模型.     

三角网格分割中种子点的优化采样算法

三角网格分割是三维模型处理中一项重要的工作,通过VSA(variational shape approximation)方法分割的结果可以用于轮廓线的生成、模型重建等工作,但由于其种子点选取的随机性,直接通过VSA方法进行不同类型的网格划分会存在划分粒度、划分策略不确定的问题。文章针对三维模型轮廓线提取,基于VSA方法,提出一种三角网格分割中种子点的优化采样算法,通过优化种子点的位置和数量,提升分割效果,生成质量较高的轮廓线。通过对多个模型进行试验表明,利用文中提供的种子点优化采样方法,可以保证在种子点数量尽可能少的情况下,重建质量较高的模型。     

用球面混合曲率图像比较三角网格模型的相似性

针对现有相似性比较算法对模型的局部细节特征描述不足的现状,提出了一种零亏格三角网格模型形状相似性比较的新方法.在对三角网格模型进行姿势配准以后,映射三角网格模型到单位球上,并用多种曲率生成球面混合曲率图像,然后用球面调和函数对其分解,提取一维旋转不变的形状描述子进行相似性比较.实验结果表明,采用球面混合曲率图像可以对三角网格模型中不同类型的曲面进行清楚的区分;文中提出的方法能更细致地区别三维模型,对网格分辨率鲁棒且特征提取稳定,因此可以提高三维模型检索的有效性.     

三维测量数据的一种三角网格精简方法的研究

反求工程中测量所得的三维数据一般是海量和无序的,为了提高重构的计算速度,减少存储空间,同时突出建模特征,在分析了常用数据精简方法的基础上提出了利用三角网格模型,以排序函数为依据简化数据的一种三角形折叠算法.该算法先以估算曲率的大小对欲精简数据进行划分,然后对各个区域的三角面构造可调加权排序函数.以排序函数为依据由小到大进行三角形折叠,算法以到相关三角平面距离最短的点作为新点来代替被折叠的三角面,以精简前后区域内的顶点法矢标准偏差和排序函数阀值对精简进行控制.试验表明,此算法排序函数构造简单,计算方便,对较光滑的模型数据处理是有效的.     

任意区域的网格划分方法分类

按网格单元类型和划分对象对网格划分进行了分类;对几种三角网格和四边形网格划分方法进行了较为详细的描述;并分析了方法的优缺点.     

基于正交法的旋流泵结构优化

对80X-13.5型旋流泵的7种结构参数重新进行配置,同时引入正交试验法,设计一个7因素4水平的正交方案,对各种结构进行优化配置得到更好的旋流泵结构配置方案.以分块非结构六面体网格划分计算模型,运用雷诺平均N-S方程和标准的k-ε双方程湍流模型结合SIMPLEC算法,对各种不同结构方案进行数值模拟分析,得到3种比原模型更优秀的旋流泵结构方案.     

采用混合策略的三角网格模型区域划分算法

提出了一种将三角网格模型划分为多边区域的启发式算法.先基于法向量对模型进行初始区域划分,经过区域清理及采样后,再基于欧几里德距离进行二次区域划分,调整后的区域顶点度数(与该顶点相连的区域边界的数量)全部为3或4,并且大部分区域为四边区域.试验结果表明该算法得到的区域划分大小合理,能够自动适应模型几何特性并很好地匹配模型的凹、凸特征.     

空间三角形网格局部优化研究

提出了一种空间三角形网格局部优化算法．该算法分为两部分：ａ． 网格局部细分优化方法,该方法结合等间距采样法和黄金分割法来获得最优插值点,使网格细分达到满足给定逼近精度的目的;ｂ． 网格局部合并优化方法,给出了网格中三角片合并的判别准则,在满足逼近精度要求的前提下,采用边删除操作合并网格中的某些三角片,达到了减少三角片数量及保证网格中三角片性态较好的目的．空间三角形网格局部优化算法能有效地使网格达到逼近精度的要求,同时减少三角片数量并剔除狭长三角片．     

随机无网格伽辽金法在疲劳断裂可靠性分析中的应用

将影响结构疲劳断裂的不确定因素视为随机变量,用摄动随机无网格伽辽金法(PSEF-GM)对含裂纹的平面结构进行了可靠性分析,并将摄动随机无网格伽辽金法得到的分析结果与随机有限元法得到的结果进行了比较.结果证实了摄动随机无网格伽辽金法具有不需要划分单元、精度高和收敛快等特点.     

基于分块分割法自动划分旋转体有限元分析网格

有限元法是进行结构和自由度体系分析的有力工具 ,其网格的生成是建立有限元模型的重要技术 ,利用分块分割法对网格自动划分 ,从而形成有限元网格模型 ,完成有限元分析的前处理     

基于点云数据的牙齿表面重建算法

由三维扫描仪对牙齿进行扫描, 得到散乱的点云模型, 首先通过构建K D树的方法对每个点进行K邻域搜索; 然后根据这种邻域关系, 利用最小二乘原理拟合平面, 估算出每个点的法向量信息; 接着确定点云边界, 选取极值点作为初始点并建立种子三角形; 最后采用基于多约束的局部最优三角网格生长算法, 从种子三角形开始, 以边为扩展条件, 逐层搜索点并建立新的三角形; 在此过程中添加了四个约束条件, 能够较好的选取扩展点并对已存在的三角形边向外扩展, 从而形成互相邻接的三角形网格, 实现了牙齿表面的重建.     

基于三角剖分和轮廓分析的船舶焊缝特征识别

为了实现船舶焊接件数字模型中焊缝特征的精确识别,进而提高焊接机器人焊接工艺选择的快速性和准确性,提出了基于三角剖分和轮廓分析的焊缝特征识别算法。首先通过角系数法判断多边形的凹凸顶点,基于凹顶点和三角形旋向的Delaunay三角剖分,构造三维模型表面的三角形网格并生成STL文件；然后基于相邻三角面片的法向量夹角,提取出模型的轮廓线及点；最后根据接头空间位置和最小轮廓线距离识别出焊接接头和坡口形状。测试结果表明,基于三角形旋向的网格剖分适用于如“梳子”等复杂多边形,与其他相关方法相比,其网格平均和关联质量系数分别平均增加12.06%和12.26%,有效降低了畸形三角形的产生并提高了网格质量,而融合轮廓分析后不仅能实现4类接头及10种坡口的焊缝特征识别,而且具有高效、高准确率优势,从而验证了算法的有效性。     

一种基于局部平均法向变形的网格参数化方法

针对有边界无边界的网格参数化问题, 提出一种局部平均法向变形的网格参数化方法, 以平均曲率流的方式为参考, 将顶点推向其邻居的平均位置, 使网格变形至平面或球面. 首先, 计算每个三角形邻居面的平均法向, 并以该法向为目标, 计算每个面法向变化的旋转矩阵; 其次, 基于Poisson方程将整个网格重新“缝合”, 通过优化拉伸能量, 计算顶点的新坐标. 交替迭代上述两个步骤, 将网格变形至常平均曲率曲面. 该算法与一般的基于能量优化的方法不同, 每次迭代只需求解稀疏线性方程, 因此可以快速处理大型数据集. 通过在形变过程中加入惩罚函数动态地调整全局平均法向量的权重, 避免了变形过程中三角形退化或翻转的问题. 实验结果表明, 与其他参数化方法相比, 该方法具有实用可靠、 计算效率高等优点, 并能在同一框架下计算低扭曲的平面参数化和球面参数化.     

基于Laplacian算子的法向网格生成

多分辨率法向网格是网格的一种多分辨率表示方法。其中每一个分辨率层次都是它的前一层法向的偏移,因而除基网格顶点外,其它顶点都可表示为一个标量形式。本文提出一个生成法向网格的算法,对Lgor Guskov等人的方法作了改进,首先,在计算基网格的网格简化过程中,记录下每个基网格三角形在原始网格中的相关三角形集,以此来提高求交效率同时仍保证较高的准确性。其次,增加了处理边界情形的能力。最后,利用Lapacian算子的切向分量对法向网格进行重新参数化。使得网格的三角形分布更均匀,三角形的形状也更为正则。从实验结果可以看到,本文的算法具有较强的实用性,所得到的法向网格与原始网格的逼近误差也很小。     

自适应法向量约束的工件分割方法

针对目前对工件点云分割中出现的过分割、欠分割等问题,提出一种结合欧式聚类和自适应法向量约束的工件分割方法。该方法首先对采集到的点云进行体素滤波,使用随机采样一致性（random sample consensus, RNASAC）算法滤除背景并通过统计滤波器去除噪点,接着利用欧式聚类算法将目标点云划分成点云簇,最后针对点云簇中含有多个工件点云的情况,计算点云簇的平均法向量,利用区域生长算法对不同的点云簇设置不同的法向量约束并进行分割,最终完成工件点云分割。结果表明：本文提出的分割方法能够有效地分割出感兴趣的工件,且分割效果较稳定,为后续工件尺寸测量提供实验依据。     

三维模型特征笔画的风格化绘制

提出一个基于特征笔画的三维模型风格化绘制方法,能够在风格化绘制的同时,很好地描述三维模型的表面特征。首先定义了基于顶点径向曲率的分割标准函数和能量函数,采用能量最小化的Graph Cuts算法将三维模型表面的特征顶点和非特征顶点进行分割,连接特征顶点构成三维模型的特征笔画。在获取特征笔画后,采用纹理映射的方法生成风格化绘制效果。还提出两种纹理坐标的计算策略,可分别用于生成不同的风格化绘制结果。相比已有的方法,本方法能很好的表现模型的特征,且生成的笔画风格易于控制。     

三维网格表面的分层分割算法

提出了基于单位外法向矢量空间的分层表面网格分割算法 ,通过将任意表面映射到单位矢量空间即单位球面上 ,以单位球面划分作为模板应用到任意表面分割 .通过划分 ,为三维表面网格建立了自然的区域面片分层表示 .实验表明 ,新算法不仅计算速度快 ,而且具有很好的分割效果     

基于超平面及遗传算法优化的网格简化

基于对目前反求工程中已有方法的分析，引入超平面的概念；通过对三角网格曲率的离散化计算，经过种子点的生长以及区域合并形成超平面。在对超平面删除后留下的空洞进行重新三角化时，利用遗传算法生成具有空间形状优化的简化模型。在此过程中以一种新的编码方式使遗传算法能够适应网格优化的特殊性；通过对变异算子的修改，保证遗传进化的有效性；将交叉算子放弃，避免了新产生的三角网格和已经存在的网格重叠和相交。通过这种方法可以调节形状的优化程度和侧重度。     

面向大数据量地学模型的三角网格简化算法实现

为满足大数据量地学模型可视化的功能需求, 实现一种基于拓扑规则和地学规则双重约束的三角网格简化和还原算法, 以支持层次细节模型(level of detail, LOD)功能。介绍了实现算法所需的多分辨率数据结构。利用三维地学模型内含的拓扑关系, 结合地学规则, 约束三角网格中边的可折叠性。通过对可折叠的边进行折叠和展开来实现网格的简化与还原。测试结果表明, 算法对三角网格的处理效果良好, 运行效率较高, 能够支持LOD功能。     

User-controllable mesh segmentation using shape harmonic signature

Due to different shape modeling applications, partitioning a given complex 3D mesh model into some patches or meaningful subparts is one of the fundamental problems in digital geometry processing. By using the high-dimensional mean-shift clustering scheme in shape signature space, a new method is proposed which can generate user-specified segmentation results automatically for different applications. The shape signature is composed of mesh geometric attributes and its spectral harmonics. The latter one can reflect mesh frequency spectrum information. The low frequency components are essential for semantics-oriented segmentation, while the high frequency components are important for purely geometry-oriented segmentation. The effects of the proposed method are demonstrated by several examples.