保细节的基于曲面控制的网格变形

综合考虑微分域网格编辑方法在细节特征保持方面的优势以及细分曲面的任意拓扑适应性,提出一种基于曲面控制的网格变形方法.以流形网格上的离散泊松方程为理论基础,在指定变形区域模型表面设计细分曲面作为变形控制曲面,并将对它的编辑操作映射为对变形区域网格的梯度场操纵,最后通过泊松重建得到变形后的网格模型.文中变形方法克服了传统参数样条曲面难以贴合任意拓扑物体外形的缺陷,可以有效保持物体的细节特征.     

索杆铰接式伸展臂柔性索变形仿真

对索杆铰接式伸展臂中的柔性索部件进行仿真模拟,采用传统弹簧质点模型方法建立绳索模型,将此三维网格模型作为标量场,通过改变三角网格所对应的梯度场和散度,并利用泊松方程在Eigen以及OpenGL的支持下实现柔性索的模拟变形。针对弹簧质点模型受到弹簧长度制约而导致的绳索不连续情况进行优化提高仿真效果,具备实时的仿真交互能力。实验结果表明,柔性索的模拟变形仿真具有较好的细节效果,能够更加平滑的模拟柔性索,并且在数值计算上更加精确。     

广义泊松计数模型及其统计推断

基于广义泊松分布的性质,提出了广义泊松计数模型,解决了泊松计数模型中对照组数据过度分散和过度集中的问题.在模型的统计推断中,通过引入缺失数据和构建替代函数,研究了使用EM算法、MM算法计算模型中参数极大似然估计的迭代收敛算法.进一步地,通过统计模拟展示迭代算法中参数估计的误差,对模拟结果进行讨论得到有效的信息.     

自由变形技术在有限元网格重用中的应用

在现有自由变形技术的基础上,提出了基于三变量B样条空间的局部变形方法和对变形晶格顶点的控制方法,以及几何特征-变形晶格顶点-有限元网格节点的3层控制架构,克服了现有自由变形技术不能维持2次几何特征的缺点,实现了有限元网格模型中几何特征的参数化和有限元网格的重用;当几何模型的设计变量变化时,能够直接修改初始网格模型,节省了重复划分网格的工作量;同时,以复杂零件斜齿轮轴为例进行有限元网格模型几何特征参数的构建,更改部分关键尺寸,并校验了所生成的网格模型.结果表明,由所建模型变形后所得网格质量符合要求,从而验证了所提出的有限元网格重用方法的有效性与实用性.     

LOD技术在动车组虚拟现实系统开发中的应用

多细节层次模型(LOD)技术已广泛应用于计算机仿真、虚拟现实等多个领域。动车组虚拟现实系统中,由于复杂模型零件个数众多,结构复杂,为了尽可能展示逼真的虚拟场景,运用LOD理念进行模型简化具有重要意义。现有的研究成果多着眼于模型网格和纹理结构的简化,较少考虑模型本身所具有的外部形状特征。本文提出了一种分步式模型简化算法,先通过简化的边折叠方法进行预处理,再运用基于包围盒的AABB算法进一步简化,并且通过引入阈值来控制生成不同精度的模型。实验证明,处理后的模型不但达到了较高的简化率,而且具有较高的真实感。     

基于手绘的三维建模和编辑技术

基于手绘的建模和编辑技术结合计算机与纸笔手绘的优点,比较适合三维动画和游戏前期的模型设计,列举了各种典型的手绘建模和编辑技术,这些技术在实现方便快速建模的同时可以对有细节的高分辨率网格进行编辑,对模型表面进行处理的主要问题是在保证方便快速的同时能创建有内部结构的模型或有层次的复杂模型,在快速直观实现形状编辑的同时保证模型的局部细节特征,通过把手绘建模和形状编辑按照建模算法和表面结构进行分类比较,得到各种技术的优缺点及适应场合,同时指出手绘建模和形状编辑在动画创作中的发展方向.     

基于特征保持和三角形优化的网格模型简化

在已有的以几何误差最小化为准则的边折叠简化算法的基础上，提出了一种新的三角网格模型简化算法．通过分析网格模型中顶点超邻域的二次误差矩阵，对模型上的重要细节特征进行定位，实现了网格简化过程中细节特征的保持．同时，在边折叠的代价函数中考虑新生成三角形的空间形状优化，并改善了简化序列的构造．算法既保持了边折叠算法快速的优点，又满足了对逼真度和网格质量的较高要求．     

保持特征的变尺度DEM泊松重构算法

提出一种保持特征的变尺度DEM泊松重构算法.该算法提取DEM特征,改变特征的尺度,利用泊松偏微分方程重构尺度变化后的DEM,并把所提方法应用于南小河沟流域,对重构的不同尺度DEM提取坡度、坡向等地形因子特征进行对比分析研究.实验结果表明,以原始DEM为基础,该算法能够重构出精度明显改善的多尺度DEM.     

基于EON的虚拟拆装碰撞检测算法

为了有效提高虚拟维修环境的真实性和融入感,增强环境的细节描述,对基于K-DOPS包围盒的碰撞检测算法在虚拟维修特征建模中的应用进行研究。通过比较几种经典离散型碰撞检测算法的优劣,结合本维修系统对实时性与检测效率的要求,确立K-DOPS包围盒算法,并对其遍历检测过程进行优化设计,提出了与OpenGL相结合的检测编译方法,通过EON Studio软件平台进行仿真试验。结果显示,运用KDOPS包围盒的碰撞检测算法在柴油机虚拟维修训练系统中可以实时、有效地避免零件模型间的碰撞,增强虚拟环境的细节描述。     

基于变分正则化的混合泊松-高斯噪声图像去噪方法综述

对基于变分正则化的混合泊松-高斯噪声图像的去噪模型及算法进行综述.首先,简要介绍了2个针对单一类型噪声的去噪模型,包括处理高斯噪声的ROF模型和处理泊松噪声的TV-KL模型;然后,在此基础上重点介绍基于变分正则化方法的混合泊松-高斯噪声去噪模型,包括通过最大后验估计推导的精确泊松-高斯噪声去除模型、Shifted-Poisson模型、TV-IC模型,以及广义的Anscombe变换模型和PURE模型等;相应地,总结了求解上述模型的常用高效数值算法,包括原始-对偶算法、交替方向乘子算法和半光滑牛顿算法等;在数值实验部分,对相关模型的噪声去除效果进行评估;最后,对该领域未来的研究方向进行了展望,指出了在模型改进、具有收敛性保证的算法设计、自动调参策略以及高维非线性等几个方面存在的问题和未来的发展方向.     

一种新的点云模型控制网格的生成方法

控制网格是三维模型表示成位移细分曲面的关键.针对采用紧缩包围盒方法在处理表面有大凸大凹的点云模型时所出现的问题,提出了一种新的从点云模型中重建其表面控制网格的方法.该方法首先将点云的包围盒均分为n×n×n个小体元,然后,通过一种类似三维种子填充的算法对点云外部的小体元做上标记,并删去这些小体元,最后从剩下的体元外表面上产生一个初始的控制网格.实验结果表明,该方法不仅能快速地产生位移细分曲面的控制网格,而且能更好地逼近于原模型.     

基于纹理图像与网格协同优化算法的三维模型压缩

该文提出一种基于纹理图像与网格协同优化算法的三维模型压缩简化方法,在不降低三维模型视觉显示效果前提下,压缩三维模型数据。首先,对原始模型进行重网格化,获得具有规则拓扑结构的多分辨率网格;其次,结合模型网格提取纹理特征点,依据特征点确定图像有效区域;最后,利用嵌入式零树小波算法对图像进行编码和解码操作,实现对三维模型的压缩简化及图像重建。实验证明,该方法提取的图像有效区域更快捷、压缩率高、细节丰富。     

基于加速多维尺度变换算法的三维模型形变规范型计算方法

针对如何建立可有效表示三维模型,使模型在大尺度形变过程中保持等距不变特性,并能保留原模型几何细节特征的形变规范型这一问题,提出基于加速多维尺度变换算法的三维模型形变规范型计算方法。生成包含有三维几何模型体积信息的四面体网格模型,避免形变过程中由体积变化引起的模型失真;使用最远点采样算法对原模型上的顶点进行采样,获取更具代表性的顶点;使用加速多维尺度变换算法得到原始模型的初始规范型;利用三维模型注册的思想,通过建立能量函数并计算最优解的方法将输入的四面体网格模型按照初始规范型的姿态进行形变,从而得到保留输入模型几何特征的形变模型。实验结果表明,以四面体网格模型作为输入,经加速多维尺度变换算法计算得到的初始规范型为基础,通过三维模型注册能量函数的最小化求解过程,可以构建出保留更多原模型几何细节特征的形变规范型。和已有算法相比,加速多维尺度变换算法计算三维模型形变规范型的方法更适用于处理具有复杂几何结构的三维模型,可以得到姿态更为自然的模型形变结果,普适性较高。     

基于骨架驱动的网格模型变形方法

为更好地实现网格模型的约束变形,结合仿射变换思想和广义元球变形技术,提出了一种基于骨架驱动的网格模型变形方法.在确定兴趣区域后,通过创建兴趣区域网格模型的骨架模型,将兴趣区域上的网格顶点映射到骨架线上;然后,根据需要选择相应的带势函数的变形模型(旋转、平移或缩放),并给出变形目标;最终根据兴趣区域网格顶点与骨架的映射关系,计算出网格顶点变形后的新位置,得到变形结果.针对平移变形出现的失真问题,运用旋转修正方式进行了修正.试验结果表明,该方法直观、有效,并能很好地保持网格模型的局部特征,可灵活地实现网格模型的旋转、平移、缩放等变形操作.     

四边形网格与三角形网格模型间的低频谱姿态迁移

为使谱姿态迁移能够操纵更多类型的网格,本文研究四边形网格与三角形网格模型间的姿态迁移方法。作为变形编辑技术的一种,目前的谱姿态迁移主要在三角网格模型之间进行。本文首先对多边形网格的拉普拉斯矩阵进行特征分解,手工选取网格模型之间对应确定四边形网格与三角形网格之间的泛函映射,然后求解四边形与三角形网格模型的耦合准调和基,在此基础上设计并实现了四边形网格与三角网格模型之间的平凡谱姿态迁移、基于耦合准调和基的低频谱姿态迁移和基于拉普拉斯坐标投影的低频谱姿态迁移,使得在四边形网格模型之间、四边形与三角形网格模型之间均能进行低频姿态迁移。     

三维模型轴向体积分布特征提取及比较算法

在分析网格数据结构的基础上,提出一种提取任意三维网格模型体积分布特征的算法.该算法首先应用主元分析法确定模型的主轴方向,再以一组等距的平行平面从三个坐标轴方向对模型进行剖分处理,通过计算截面面积求得模型沿三个主轴方向的体积分布特征.模型在三个坐标轴向上的体积分布描述了模型的几何特征,通过体积分布特征数据得到不同模型间的相似性度量.实验表明,该算法程序运行稳定、快速,可用于提取具有任意几何和拓扑复杂性的各类网格模型的体积分布特征.     

基于三角面片顶点均值的网格编辑方法

针对虚拟整形手术中待整形部位的三维模型曲面编辑问题,提出一种基于三角面片顶点均值网格编辑方法.该方法在保留网格原有拓扑结构的基础上,保持了网格曲面的原有曲率,实现了快速有效的局部网格编辑;结合网格细分方法实现在不同分辨率下对网格曲面进行整体编辑.同时,为了增强网格模型显示的真实感,通过网格简化、网格平滑、网格数据点法向量计算、纹理贴图等方法,对网格模型进行优化,提高了整形后网格显示效果.实验证明,该方法交互方式简便,变形效果较好.     

基于泊松簇过程的三层异构蜂窝网络部署模型

5G标准下的蜂窝网络正在向异构化、超密集化的方向发展,传统的基于六边形网格模型的研究方法较为理想化且并不精确,越来越不适用于如今的异构网络.针对这个问题,目前常用的方法是使用基于随机几何的泊松点过程来研究异构网络的基站部署,这种方法假设基站的空域分布完全随机,因此得到了覆盖概率的理论下界.但是由于宏蜂窝边缘(盲区)以及热点地区(忙区)等特殊区域中,站点的分布可能形成簇,此时,基于泊松点过程的空域分布将不再准确.针对这个问题,本文使用泊松簇过程研究三层异构蜂窝网络的基站部署与规划.首先,提出基于泊松簇过程的基站部署系统模型,讨论了基于簇分布的基站形成过程;其次,在充分分析用户受到的聚集干扰基础上,采用基于瞬时信干噪比的小区选择机制,推导出了中断概率模型,并讨论了三种特殊条件下的中断概率;最后,通过仿真对比分析了基于泊松簇过程与泊松点过程的中断概率的差异以及信干噪比阈值变化时的中断概率的变化曲线,证明了基于簇的空域基站部署具有更低的中断概率.     

EM算法在混合分布模型参数估计中的应用研究

运用EM算法对一种新的系统寿命分布——混合指数-泊松分布进行参数估计,并通过随机模拟,验证了EM算法在混合模型参数估计的收敛性和有效性.     

一类边值问题的高效解法

在差分方程分块记法的基础上,将泊松方程的第三边值问题拉普拉斯差分算子的特征矩阵分解为能应用快速高立叶变换（FFT）算法的正弦函数矩阵和余弦函数阵两部分,并将FFT算法与快追赶法给合起来,建立了泊松方程第三边值问题的一种高效算法。