三维图形拼合算法探索

本文介绍了一种采用多面体逼近曲表面物体的三维体素造型系统,采用点-线-环-面-体树形显示边界表达形式描述三维物体.提出了一种从空间无限交线转化为有限交线段的求交算法和一种从交点出发,逐步完成与交点有关的面信息的拓扑重建算法,简化和统一了拼合算法,并使拼合运算速度得到提高.     

平面与基本实体体素相交性快速测试方法

在实体造型过程中，往往需要进行平面与基本实体体素的求交运算．为了加快求交速度，减少不必要的求交运算，应对平面与基本实体体素是否相交作快速测试．为此，提出了实体造型系统中平面与基本实体体素如圆锥体、圆柱体、球体和圆环体等进行相交性快速测试的一种方法．该方法通过坐标变换和简单的Ｚ坐标比较，便可快速判断出平面与基本实体体素的相交性     

平面与基本实体体素相交性快速测试方法

在实体造型过程中，往往需要进行平面与基本实体体素的求交运算，为了加快求交速度，减少不必要的求交运算，应对平面与基本实体体素是否相交作快速测试。为此，提出了实体造型系统中平面与基本实体体素如圆锥体、圆柱体、球体和圆环体等进行相交性快速测试的一种方法。该方法通过坐标交换和简单的Ｚ坐标比较，便可快速判断出平面与基本实体体素的相交性。     

圆环的有限剖分及其数据结构

对作为常用基本体素的圆环进行了空间单元及三角剖分的研究，给出了用空间单元法及三角剖分法表示圆环的原理和方法，同时也给出了该三维模型的数据结构，简化了算法，并从根本上为解决在圆环面上定义四维曲面及用离散法进行曲面求交等问题提供了保证     

三维连续分片线性函数紧凑表示模型

为了解决三维分片线性函数的表示问题,提出一个基于三维基函数的绝对值表示理论,建立了一个紧凑绝对值表示模型并构造性地证明了其一般表示能力.因为基函数是比最小退化交更基本的结构函数,所以该模型可以视为建立在最小退化交基础上的Chua模型的修正和推广.该模型给出三维绝对值表示模型中绝对值嵌套层数的下界,这为建立高维表示理论提供了新的理论依据.三维表示模型与"找链接算法"相结合,可以构造一种新的三维非线性函数逼近算法.     

刀具扫描体与曲面法矢求交新算法

提出一种实现刀具扫描体与曲面矢量求交的有效算法．将扫描体与复杂曲面法矢的求交问题,转化为三角网格与有向线段之间的求交计算．建立此两者求交计算的求交子集．减少以往算法中不必要的求交计算．提高算法的效率．文中同时给出．基于该算法的整体叶轮叶片复杂曲面加工的应用实例．     

一种新的复杂地质体采矿工程剖面图自动生成方法

提出基于三维实体快速切割算法和区域(内含孔、岛)自动识别技术的地质体剖面图自动生成方法.基本思想是:首先采用基于平面隐函数的切割算法实现地质体的快速切割,生成离散的交线;并采用基于KD树的空间快速索引方法,确定交线间的邻接关系,并生成一系列封闭的轮廓线;封闭的轮廓线将平面划分为多个复杂的区域,采用图论中的树结构形式化表达复杂区域;最后对树表示的区域进行岩性图案的填充.该算法已在DIMINE 数字矿山系统中实现,并应用于三维地质实体工程出图模块中.实验结果表明:该算法有较好的计算效率,是一种比较实用的地质体剖切方法.     

叶轮数控加工曲面法矢与刀具求交研究

提出了一种实现刀具扫描体与矢量求交的有效算法,该算法将扫描体与复杂曲面法矢的求交问题转化为三角网格与有向线段之间的求交计算,然后建立了两者的求交子集,减少了以往算法中不必要的求交计算,提高了算法的效率,并给出了基于该算法的应用实例。     

三维布尔运算的降维算法

实体间的交、并、差布尔运算是三雏实体造型中一种非常重要的造型方法.在时经典布尔算法进行分析的基础上,提出降维算法,该算法通过平面切割,把三雏实体问题转化为二雏平面问题,避免了求交的盲目性,提高了运算速度.     

一种平衡树的研究之五

本文是文[4]的续篇,该文研究两棵平衡树之间的操作,通过两棵平衡树的同时操作,完成两个集合之间的各种运算,如测试集合包含关系(ISSUBSET)、求集合的并(UNION)、求集合的交(INTERSECT)、求集合的差(DEDUCT)、按关键字序列的连接(CONCATENATE)、拆分(SPLIT)、空间压缩(COMPACT)等算法。重要算法给出了时间复杂度证明。     

细分曲面造型中的框架级布尔运算

提出一种对实体初始三角网格进行操作的布尔运算，称之为框架级布尔运算．通过该运算可以构造出一个新实体的初始网格，然后采用Loop细分算法完成该实体的光滑曲面造型．在初始三角网格的求交过程中使用注册机制对所得交点的拓扑约束关系进行分类推理，从而对浮点数值容差导致的失误进行了有效控制和纠错．     

交互式动态体三维显示关键技术

研究了交互式动态体三维显示的关键技术,包括三维数据体素化、体素激活、体空间生成和人机交互等,实现了体三维显示系统样机.其中,采用体立方栅格(BCC)采样策略以减少体素化生成的体显示数据,以数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器(SLM),并针对DMD设计了二值切片的快速激活算法;分析了基于旋转螺旋面的体三维空间生成方法,并将基于隐马尔科夫模型(HMM)的动态手势控制应用于交互式体三维显示系统.针对原理样机设计的各组实验表明,BCC体素化策略减少了40%以上的体显示数据,基于DMD的切片快速激活算法使得在500mm×250mm半圆柱形成像空间内显示的三维图像刷新率达16Hz、并且可以选择任意视点裸眼观看,准确率超过93%、响应时间低于40ms的动态手势识别算法能够较好地实现实时交互式体三维显示.     

自适应求交算法在鞋楦变跷设计中的应用

皮鞋鞋楦变跷设计是鞋楦CAD/CAM技术中的重要内容.介绍了在鞋楦离散造型建模下用已知平面切割鞋楦体求交线交点的自适应求交(AT)算法的基本原理,即将已知平面上的交点逼近问题转化为对鞋楦某一截面上所求点的逼近,在此基础上介绍了用该方法在变跷设计中的应用.实现了变跷前后鞋楦数据的相互转换,确保了整个皮鞋鞋楦CAD系统数据格式的统一.给出了算法具体实现思想和应用实例.     

螺旋锥齿轮虚拟加工过程算法

为了解决目前螺旋锥齿轮切削仿真中存在的仿真速度慢、精度低、过程不稳定和缺乏独立性等问题,以螺旋锥齿轮齿面成形过程为研究对象,运用“层片切割算法”进行三维实体几何模型动态仿真以及三维切削实时仿真．该算法主要包括建立切削坐标系、刀具数学模型、刀具坐标系的转换模型、层片分割模型、求交计算模型以及相邻切削位置特征点的取舍模型．以此为基础开发的螺旋锥齿轮虚拟加工软件采用Windows作为开发平台,以Visual C＋＋6．0（VC）作为基础编程语言,利用OpenGL图形库进行图形显示并将齿轮模型数据以规定格式输出．经验证,该算法求交速度快、结果精确,相关开发软件可靠准确．     

复杂型腔的环切加工

提出了基于离散逼近的二维轮廓偏置计算方法．边界轮廓的离散逼近不仅要满足边界的逼近精度，而且产生的偏置折线要求满足对偏置曲线的逼近精度．在分析了相邻原始曲线交点及其偏置点与偏置曲线交点的几何关系后，提出了相邻偏置曲线裁剪求交的新算法，减少了求交计算量．同时提出了一种基于干涉判别的环分类准则，提高了环分类的正确性     

基于实体造型的球头铣刀三维铣削力仿真

提出了基于实体造型技术的复杂曲面球头铣刀三轴铣削加工过程三维铣削力仿真方法。整个系统由几何仿真模块和物理仿真模块组成。用基于UGⅡ的实体造型技术表示工件、刀具、刀具扫描体以及被切除材料实体,用分段三次NURBS曲线表示刀具切削刃,通过NURBS曲线和被切除材料实体之间的求交运算,抽取参与切削的切削刃片段。基于切削力与切屑几何之间的经验关系,用数值积分方法建立了球头铣刀三分量铣削力模型。在径向未变形切屑厚度公式的推导中,考虑了刀具进给运动的三维特点。在铣削力系数模型中,考虑了切屑厚度变化对铣削力影响的指数关系和铣刀球头部分不同位置切削微元不同切削条件的特点。实验计算表明,仿真与实测的铣削力达到了很好的一致性。     

基于矿床真三维显示的图形消隐处理算法

为了更好地解决地矿实体在平面图形设备上显示时凹面矿体及多矿床实体之间的消隐问题,提出了画家消隐处理的算法.通过采取汇集前平面多边形、分解多边形图形面成三角形的图形面、排序处理三角形面、建立三角形图形面深度次序四步骤,对地矿工程三维实体消隐处理,使得原实体中那些被不透明的体素或其他实体挡住的线素或体素不再被输出,当地矿实体在平面图形设备上显示或打印时将使地矿工程三维实体更具真实感.     

光线投射的快速算法研究

针对医学体数据场的直接体绘制（DVR）的加速算法进行了讨论。基于体绘制的多种加速技术。利用格雷厄姆求凸壳算法和与平面簇求交算法对体数据场和投射光线进行裁剪，结合多边形的扫描线转换和投射光线的离散化、体素化，改进了光线投射算法。。     

基于八叉树编码的CUDA光线投射算法

目的针对传统的GPU光线投射算法绘制效果差,绘制效率低的问题,在CUDA架构上对光线投射算法进行优化和加速。方法首先采用八叉树对体数据进行编码,有效地剔除体数据中对重建图像无贡献的部分;其次,将体数据绑定到三维纹理上,根据体数据大小分配线程,每条光线与体数据求交时采用并行计算;最后,在CUDA内核中实现光线投射算法。结果仿真实验结果表明文中算法可以将传统GPU光线投射算法的绘制速度提高7～15倍,并增强算法的绘制效果。结论算法对传统的GPU光线投射算法的绘制速度和效果都有提高。     

三维场景下可视性分析技术的研究

三维场景的可视性分析有多源数据分析的需求,但传统可视性分析算法主要针对地形数据提出,没有考虑建筑、植被等模型数据,无法满足分析需求。针对这一问题,文章将射线与三角形面求交算法用于三维场景的可视性分析的实现过程中,并且通过将轴对齐包围盒与投影技术相结合,剔除不必要的三角形面,提高求交效率。同时,基于分块求交的思想,细分测区、以点带面,将视域分析转化成两点之间的通视问题,实现了多视点视域分析,并对分析结果的定量化导出给出了可行的解决方案。实验结果表明,文章方法可以在三维场景下有效实现通视分析、视域分析及可视球这三类可视性分析。