基于三维网格单元的等值面梯度抽取法

针对三维网格等值面抽取中存在的二义性问题,提出三维网格单元等值面梯度抽取法.本算法利用梯度在三维网格单元外表面计算等值点,勾勒等值面轮廓,而后以添加网格内等值点方式明确等值面在网格内部凹凸方向,提出映射后Delaunay三角面片提取法,在二维空间完成等值面抽取.为减少计算及绘制所需存储空间,采用调整步长及合并阈值的方法控制输出三角面片数量.实验结果证明,该算法可一次性抽取等值面准确轮廓,克服了Marching Cubes算法的二义性,生成面片可真实描述三维网格内部等值面走势,通过调整参数保证了等值面精度,降低了存储代价.     

基于型面曲率的三角网格快速自适应细分算法

提出一种基于型面曲率的三角网格快速自适应细分算法.该算法通过建立三角网格动态空间索引结构,快速准确获取局部型面参考数据并计算型面曲率.对曲率较大区域进行细分,对较平坦区域只进行网格顶点重定位,不进行面片分裂,实现三角网格的自适应细分.实例证明该算法可提高模型的光顺性与细分效率,以相对较少的面片准确表达模型型面特征信息.     

医学图像三维重建的规则移动立方体法

标准的移动立方体（Marching Cubes,MC）算法不适合实时绘制大量的三角面片。在MC算法的基础上提出了一种能大量减少三角面片数量的规则移动立方体算法（Regularized Marching Cubes,RMC）。该算法通过建立表面判断查找表寻找等值面,不需要判断体数据中的每个立方体,起到了减少立方体数目判断的作用,从而节省计算时间;同时在等直面的合并过程中,通过确定种子等值面、设置阈值,自适应地合并已判断过的立方体中包含的面片,保证了不同精度下的合并效果。在用户设定的误差范围内,可以加快医学图像...     

空间三角面片对相交判断算法

空间三角面片对相交判断是数控加工过程仿真中碰撞干涉检验和材料去除仿真等研究的关键技术。为了提高算法准确性和计算效率,该文提出一种基于向量运算的三角面片对相交快速判断算法,有效避免了计算误差对相交判断准确性影响,全面解决共面和异面情况下的快速准确判断问题,通过与典型相交判定算法比较,该算法与被比较算法的检测准确率都能够达到100%。该文算法全面考虑了异面和共面情况,综合计算效率有所提高。     

基于自适应离散标识法的支撑自动生成算法

针对快速成形中支撑生成算法效率较低的问题,提出了一种基于自适应离散标识法的支撑自动生成算法.该算法使用自适应步长形成离散栅格,标识出立体光刻(STL)模型三角面片的投影位于栅格内的面片集合,减少支撑射线与三角面片求交的数量,避免大量无效计算,达到提高支撑生成效率的目的.通过工艺实验验证了此算法生成支撑的正确性及可行性.该算法具有线性时间复杂度,但空间复杂度随着自适应步长的减少略有增加.测试结果显示此算法比优化前的算法效率可提高约20倍,且比快速成形软件Magics-RP的支撑生成速度快,已在实际加工中得到成功应用.     

用序列二维轮廓线重建三维形体表面的方法

针对以往重建表面算法的复杂、计算量大以及存在误连而导致走样等不利因素,提出一种基于角度的三角面片联结方法。该方法主要是在面片联结之前对轮廓线上的点按角度进行取舍,不仅减少了要处理的数据点,而且也使三角面片的联结简易化。实验表明,该方法简单易行,重建速度快,计算量小,适合于由序列单轮廓线重建三维表面形体。     

基于空间离散化的STL模型布尔运算

针对传统STL模型布尔运算方法效率低和精度差的问题是,提出一种空间离散STL模型三角面片的算法,该算法可快速排除大量不相交的三角面片,减少三角面片求交计算次数,提高计算效率.同时采用一种规避奇异位置的算法,避免对奇异位置的复杂计算,解决了布尔运算中奇异点的问题,提高了计算精度.实验结果表明所提算法高效准确.     

基于STL模型的表面区域递归拾取算法

针对传统基于立体平面印刷 (STL)文件的三维模型表面区域拾取生成算法速度慢、效率低且不易识别裂缝等非正常情况,提出了一种采用递归搜索的表面区域快速拾取算法.该算法利用模型中所有三角面片构造拓扑信息,通过面片相邻和边重合关系递归搜索,对每个满足条件的三角面片只搜索一次,因此大大提高了生成速度,其算法效率达到O(n);还容易识别出STL文件的裂缝等非正常情况,自动生成三维区域轮廓边界环.该算法已在光固化、选择性烧结快速成形等的支撑生成中得到应用,不仅计算速度得以提高,而且工艺质量大为改善,达到了很好的效果.     

基于Marching Cubes方法计算分子体积

利用Marching Cubes方法,基于分子形貌理论,提出了分子等值面模型体积的计算公式.首先,利用二进制和十进制的转换关系定义体元顶点的标号,并将与分子表面相交的体元归纳为16种不同的构型,其中包括基本构型和特殊构型.然后针对不同构型给出相应的体积计算公式,最终通过求和得到整个分子的体积.该方法的优点在于不需要重建分子表面,即可通过已知网格数据和阈值直接得到分子的体积,易于理解,并具有较高的计算效率.最后,通过几个典型分子体积计算结果的对比,证实了该方法准确有效.此外,该方法同样适用于其他从规则网格数据中提取的等值面模型体积的计算.     

3DP工艺中阶梯误差与渗透误差相互作用研究

3DP工艺中影响零件成型精度的原理性误差主要来源于阶梯误差和黏结剂渗透误差,并且在误差测量结果中难以区分．本文基于黏结剂在砂床中的流动状态,建立了黏结剂从喷射到渗透过程的数值仿真模型,分析了在二维平面不同角度三角面片打印时理想模型边界和实际黏结砂粒边界之间的位置误差,研究了阶梯误差和渗透误差之间的相互作用．在此基础上,针对不同角度三角面片打印过程中阶梯误差与黏结剂渗透误差相互作用关系也不相同的问题,提出了基于三角面片法向量方向与成型方向夹角的三角面片偏移误差公式用于表达这两种误差对成型质量的综合影响．结果表明：在向上三角面片中,渗透误差与阶梯误差相互补偿,三角面片偏移误差随着斜面与水平面夹角角度的减小而减小;在向下三角面片中,阶梯误差与渗透误差相互叠加,三角面片偏移误差随着斜面与水平面夹角角度的减小而增大．将三角面片偏移误差的公式计算值与其实际测量值进行对比,公式计算误差最大为0.060 mm,最小为0.002 mm,表明三角面片偏移误差公式用于表达阶梯误差与黏结剂渗透误差综合作用的有效性.     

调用绘图软件系统实现波函数等值线图的绘制

作者采用调用绘图软件包的方法,在微机上进行了等值线绘图程序(EQNUP)设计。该程序可直接与从头计算配套使用,也可单独用来绘制各类原子轨道,分子轨道和轨道电子云密度截面等值图。程序具有使用方便灵活、运行速度快等特点,用户使用后效果良好。     

基于广度搜索的增量式点云表面重建

将人工智能中广度优先的搜索算法引入散乱点云表面重建领域，借助增量计算思想，基于搜索算法状态不断扩展的特点，渐进均匀地扩展重建整个物体表面.算法以初始三角面片初始化搜索队列，以有向边为搜索元素，借助于八叉树空间划分和搜索约束条件，快速完成最优点评估及三角片重建，具有可视化并行计算、选择性填补空洞以及重建结果与参数弱耦合等特点.实验结果表明，本算法高效、稳定，可以重构任意拓扑结构的二维流形三角形网格.     

三角网格模型多轴数控雕刻刀轨生成算法

提出一种基于三角网格模型的多轴数控雕刻刀轨生成算法,用于解决三角网格模型的多轴数控雕刻刀轨的生成效率低、存在刀轨干涉等问题.该算法采用R*S树动态空间索引结构组织三角面片的拓扑近邻关系,并依据三角网格模型的型面特征规划刀位驱动点,获取各驱动点的瞬时加工区域;根据刀具与瞬时加工区域中各三角面片的相切关系采用面相切、边相切...     

发动机三维流动数值计算可视化技术研究

对三维数据场等值面Marching Cubes算法进行了改进,通过对每个顶点与三角片之间邻接关系的计算及法向量求法的改进获得交点法矢,将MC算法推广到三维非规则数据场等值面的计算,并结合发动机三维数值模拟的具体数据结构,完成了等值面及体绘制。     

采用R*-tree的三角网格曲面非均匀精简算法

提出了一种三角网格曲面非均匀精简算法.该算法采用R*-tree组织三角网格曲面的空间拓扑结构,实现了三角面片拓扑邻域的快速查询.结合三角网格曲面模型的曲率分布状况,对三角网格曲面进行聚类分簇处理,通过对分簇网格进行局部精简,实现了三角网格曲面模型的整体保形性精简.与同类精简算法的对比实验表明,该算法的数据适应性强,有效地保留了三角网格曲面的型面特征,精简后的网格模型与原网格模型的面片偏差降低了20%～45%,精简时间减少了10%～35%.     

断层医学图像处理技术及其在骨科手术中的应用

提出从断层图像序列到目标组织几何建模及快速成形制造的技术路线，并通过在全髋翻修手术中的实际应用检验该技术的适用性和可靠性．将断层图像序列通过线性插值构造成3D数据场，采用种子区域生长方法分割出目标组织后，利用等值面提取获得患骨的三角面几何模型．对获得的三角面模型进行碎片清除和三角面精简后，应用快速原形技术制造患骨模型．患骨实物模型对术前计划、假体设计和手术模拟至关重要．     

STL模型布尔运算交线链和交线环提取算法

针对传统STL模型布尔运算计算精度不高的问题,采用六元组结构记录相交三角面片的交线段,将相交三角面片分为4种情况,依据STL模型中三角面片的拓扑关系,采用递归搜索交线段记录的方法提取出交线链和交线环,对于共面的相交三角面片,采取统一处理方法提取交线链和交线环.实验证明本文算法可大幅度提高布尔运算的精度和效率.     

Marching Cubes算法中等值面的优化分析

三维重建中等值面的优化操作可以减少等值面中三角片的数目或改变三角片的组织、存储结构,并尽可能地保持等值面原来的拓扑结构和几何形状.运用中点选择法和三角带生成算法,优化了等值面中三角片的组织、存储结构,从而使得三维模型的绘制速度有很大提高.     

新药研发网格中药物分子的对接方法

建立药物分子优化的粗略和精细对接模型,通过最小化分子间的相互作用得到最优的药物分子取向和构型.粗略对接只考虑配体的柔性信息,将配体小分子的运动处理为平移、转动和柔性键旋转3部分,而受体为刚性;精细对接则是在粗略对接模型中引入残基基团的概念,将蛋白质受体划分成若干个残基基团,通过这些残基基团的运动近似表征整个蛋白质的柔性.一个自适应的遗传算法被用于求解上述优化模型,该算法采用多种群遗传策略、信息熵控制的空间减缩搜索技术以及拟精确罚函数方法,能够快速而稳定地逼近最优解.将基于上述模型的粗略对接程序AGAsDock和精细对接程序FlexGAsDock用于新药研发网格,测试结果表明:这些程序能够有效地用于药物分子设计,并具有较高的网格计算效率.     

基于OBB与八叉树的数控加工碰撞干涉算法的研究

为了提高碰撞干涉的检测速度,在构造层次包围盒时融合OBB与包围球的优点,能首先将多数明显不相交物体对快速排除。干涉检测分为快速检测和详细检测两阶段,先采用分层OBB结合八叉树的算法,快速检测出可能存在干涉碰撞的叶子节点;再在包含干涉叶子节点的三角面片和OBB的三角面片之间采用基于三角面—三角形相交检测算法,实现详细干涉检测。由于刀具路径离散点具有连续性,可以设置缓冲区来减少需要处理的节点数。这些改进有效简化算法,从而提高了碰撞干涉检测的效率。