一种平面微观形态三维信息获取与处理方法

为获取平面微观形态信息,提出了一种基于线激光扫描和精密程控平移台的点云信息自动采集方案,实现了对A3纸张尺寸范围内低厚物品的分幅面全自动扫描;并自动对所获取的各幅面点云数据进行无缝拼接,生成被测物体的全幅面点云集,重建出被测物体三维模型。为便于观测分析并实现3D打印,对获取的点云集进行了区域选择、高度直方图统计、等高线绘制以及三角网格化,得到被测物体的三维模型;并对模型表面积进行计算。所设计的系统实现了平面精度±0.01 mm,高程精度±0.002 mm的点云采集。     

一种基于体绘制的交互式实时虚拟内窥镜算法

为了实现一种更好的虚拟内窥镜算法，在分析虚拟内窥镜和体数据可视化方法的特点的基础上，提出了一种基于透视投影体绘制的交互式实时虚拟内窥镜算法。该算法运用了动态数据精简技术，提出了视点3D漫游路径的快速自动生成方法和交互式内窥显示方法，能方便医生实时观察与诊断。并对传统面绘制中的光照计算加以修改，应用于内窥体绘制过程，以生成3D效果逼真的虚拟内窥镜图像。在微机平台上实现的基于体绘制的虚拟内窥镜系统，验证了该算法的实时性和所生成图像的质量。     

汕头科技馆建成“3D全息投影技术展示室”免费对公众开放

正6月10日,汕头科技馆建成"3D全息投影技术展示室",并免费对公众开放。"3D全息投影技术展示室"由虚拟成像展示和虚拟现实体验二部分组成。3D全息投影又称为虚拟成像,是光学成像的一种显示方式,利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像。它由柜体、分光镜、射灯、视频播放设备四部分组成,通过对产品实拍构建三维     

实时交互式三维模型纹理映射算法

针对三维动画制作中模型纹理绘制不够直观、效率低下等问题,提出一种实时交互式三维模型纹理映射算法,即通过交互式三维拾取准确找到三维模型与二维纹理图像对应点,直接在三维模型表面使用笔刷进行纹理图像的绘制。实验在Unity 3D引擎中进行,结果表明用户可以使用该算法进行纹理的交互式设计与合成,其笔刷定位精确,绘制过程帧率稳定,绘制得到的纹理图像质量较高。该方法对比传统制作流程中对三维模型展开UV,在二维图像处理软件中进行纹理绘制的方法更为直观、高效。     

基于改进ICP算法和CAD模型库的单目视觉位姿测量

针对单目视觉条件下测量三维物体的位姿问题,提出一种基于改进迭代最近点(iterative closest point, ICP)算法和CAD(computer aided design)模型库的单目相机位姿测量方法.首先,利用OpenGL绘制物体几何模型,基于一系列虚拟观察点得到物体在虚拟相机下的投影图,提取边缘点集构成模板库;然后,通过改进的Hausdorff距离将待处理图像的边缘点集与模板库的点集模型进行匹配,得到粗略位姿,再在此基础上采用改进的ICP算法对待测图像的边缘点集与物体三维边缘点集进行迭代优化得到精确的位姿参数.实验结果表明,该方法求得的位姿参数误差较小,进而验证了所提方法的有效性.     

基于WinCC剪切机三维动画软件设计与实现

主要介绍的是在组态软件WinCC中实现对工业剪切机剪切过程的三维动态模拟,本软件基于ActiveX插件技术实现与WinCC软件的通信和数据传递,采用MFC框架结合OpenGL三维图形库来实现三维物体的显示控制,采用3D Max软件绘制的剪切机三维建模并导出的通用3D建模文件OBJ。在OpenGL中调用OBJ文件实现具体的3D的动画显示。     

基于触觉图像序列的三维规则物体识别方法

提出一种基于二值化触觉图像序列的三维规则物体识别方法.触觉图像序列是通过装有高分辨力和高柔性触觉传感阵列的平行移动式夹持型手爪系统来获取的.实验表明,所述方法不仅能有效地识别一般平面物体,而且能有效地识别接触面是非凹曲面的物体。     

单目视图下相机标定和平面测距研究

描述了在透视投影和相机针孔模型下从单幅二维投影图像进行目标空间方位测定的方法,即利用现实场景中一个三维标定块来进行相机标定,采用线匹配法求出单应矩阵,即可测量平面上目标距离以及物体高度等。     

复合虚拟光栅在投影栅相位法上的应用

通常准确测量物体的突变形面,采用一种双频变精度方法.该方法测量周期长,动态性较差,所以提出了基于虚拟复合光栅投影的三维轮廓测量技术.在计算机上模拟生成虚拟光栅,将两种频率的光栅合成为投影复合光栅进行测量.本文给出了这种测量技术的原理,实验结果表明,采用复合虚拟光栅投影三维形貌测量技术可以有效地解决相位展开所产生拉线的困难,实验效果较好.     

环氧沥青混凝土裂纹发展的三维可视化离散元模拟

为了在三维尺度下描述环氧沥青混凝土的裂纹发展行为,运用离散元程序PFC3D内置"Fish"语言,重构了环氧沥青混凝土非均质(集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构三维虚拟试件,对虚拟试件微观组成成分之间的接触赋予了相应的微观接触模型,采用离散元方法实施了单边切口小梁虚拟三点弯曲试验,追踪并演示了微观裂纹的衍生发展全过程,并与室内数字摄像法捕捉的试件表面裂纹发展进行对比.研究结果表明:虚拟试验得到的宏观断裂力学响应与室内试验结果的吻合度较好,且虚拟试验结果的稳定性更优;三维离散元方法可以较好地模拟环氧沥青混凝土弯曲断裂过程中裂纹起裂与扩展行为,弥补了二维方法部分缺陷;基于离散元程序的追踪裂纹三维发展的模拟方法,可以作为研究沥青混凝土材料断裂特征的辅助手段.     

一种用于力觉再现的柔性体变形仿真弹簧-质点模型

提出一种新型的在虚拟现实中可实现的弹簧-质点力/变形模型.它按质点连接顺序划分层次,以受力网格为第1层,构建类似同心环状的弹簧-质点系统.施力刚体以点接触的方式与柔性体进行力交互作用.运用虚功原理,结合施力刚体与受力柔性体组成的系统中虚拟力和质点位移的关系,区别于以往对局部变形的研究,对柔性体进行全局变形分析.柔性体变形是整个柔性体表面质点在力平衡条件下位移变化累加的结果.利用DELTA 手控器对柔性体的接触变形以及实时虚拟力反馈进行仿真,实验表明所提出的方法适用于柔性体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.     

基于时间序列的虚拟接触力的建模方法研究

为了同时提高力觉再现系统中力觉模型的实时性和精度,提出了一种基于时间序列的虚拟力预测算法用于改进弹簧质点接触力/变形模型.该模型不仅研究力与变形的关系,而且还考虑力的历史变化.对不同的接触对象,测量接触力随时间的变化,根据实际测量数据,建立AR模型,在物理模型计算的时间间隔内用AR模型预测虚拟力.实验结果表明, 和以往仅考虑力与变形关系的力/变形物理模型相比,加入时间序列预测的模型,能提高力觉再现的刷新频率,同时保证较高的精度.     

The torsion model of soft tissue in virtual surgery

In order to solve the problem of real-time soft tissue torsion simulation in virtual surgeries,a torsion model based on coil spring is proposed to actualize real-time interactions and applications in virtual surgeries. The proposed model is composed of several connected coil springs in series. The sum of torsion deformation on every coil is equivalent to the soft tissue surface deformation. The calculation of the model is simple because the method for calculating the torsion deformation for each coil spring is the same. The virtual surgery simulation system is established on PHANTOM OMNI haptic device based on the Open GL 3 D graphic interface and VC + + software,and it is used to simulate the torsion deformation of virtual legs and arms. Experimental results show that the proposed model can effectively simulate the torsion deformation of soft tissue while being of real-time performance and simplicity,which can well meet requirements of virtual operation simulations.     

A collision detection approach in virtual environment of micromanipulation robot

Operators suffer much diffieulty in manipulating miero-size objects without the assistance of friendly interfaces due to the scaling effects in micro worht. The paper presented a general framework for mieromanipulation robot hased on virtual reality technology. With the framework we brought forward a FDH （Fixed Direction Hulls） based hounding box method to handle the eollision ,teteetion of the peg-in-hole mieroassembly. The eollision response model for the collision between micro needle and hole was presented. The virtual three and corresponding displacement were calculated with the model of bending deformation and pressing ,teformation. Experiments verify the validity of collision response model.     

3D实用毛笔模型的物理仿真

从水墨画成画机理出发提出一个实用的3D毛笔模型系统,精确模拟毛笔几何形态及运动弯曲等动态交互行为．提出势能一阈值方法以灵活控制毛笔形变的弹塑性转化及扭转程度．采用快速分叉算法,随机生成真实感很强的毛笔分叉效果．结合3D毛笔模型和虚拟宣纸模型设计了水墨扩散传输算法,从而形成完善的水墨成画机制．上述方法可有效仿真艺术创作过程中毛笔的动态变化,实现单笔扩散、多笔次叠加和干笔飞白等数字水墨特效．     

计算机辅助投射条纹系统在三维形状测量中的应用

叙述了计算机辅助投射条纹系统在三维物体形状测量中的应用 ,提出了引入虚参考平面的方法 ,为形状测量的实用化创造了良好的环境。该系统采用计算机生成和视频投影仪投射条纹 ,为提高形状测量精度 ,引入了相移技术 ,从而使得测量过程快速、方便。为进一步提高精度 ,还采用了自动参数确定方法 ,即结合对已知尺寸物体进行的标定实验 ,在设定调整范围和步长的基础上根据测量结果对部分参数进行自动调整。文中还就其它提高精度的方法进行了研究 ,并例举了多个测量实例 ,误差小于 0 .5 % ,最后讨论了系统的应用途径。实验表明 ,该方法是一种可行的三维形状测量技术     

基于OBBs的碰撞检测研究

在虚拟场景中,碰撞检测性能的好坏是影响整体游戏感官和用户体验的重要因素.现阶段,虚拟场景中的物体模型越来越复杂,对实时性和真实性的要求越来越高,导致一些古老的碰撞检测方法难以满足高标准的要求.提出了一种基于OBBs的快速碰撞检测方法,从而加快了三维游戏中碰撞检测的速度,提高了实时性能.     

Design and passive analysis of a novel softness display device

Simulating the softness property of object is quite a challenge in virtual reality system. A novel softness display system was developed based on the principle of deformable length of elastic element control （DLEEC）. In the system, the equivalent stiffness of the device is adjustable, and is inversely proportional to the third power of the deformable length of elastic beam. PD position control is employed to guarantee the accurate softness display. The softness of the virtual objects in large scale can be felt with the softness display device. Compared with other haptic devices, the device is passive and exert the react force only when the operator ＂actively touch＂ the virtual objects. The stability of the softness display system was analyzed. It was theoretical proved that the system satisfied the criteria of wide impedance range ＂Z-width＂, and the performance was superior to an active system. The experimental results were presented.     

基于虚拟斥力的多机器人遥操作算法的研究

针对多机器人遥操作系统多机器人协作中易于发生碰撞的问题,提出基于虚拟斥力的方法实现实时避碰.在每个机器人的周围预先设定安全区域,当有障碍侵入安全区域时,机器人与障碍之间产生虚拟斥力,迫使机器人的轨迹发生调整远离障碍.基于弹簧、阻尼系统建立虚拟斥力模型,将虚拟斥力作为机器人的扰动力,根据障碍类型给出机器人的避障调整函数.利用Rx60、Rx90两个机器人进行遥操作协作实验,实验结果表明基于虚拟斥力的实时避碰算法能够简单而高效地保证协作作业的安全性.     

七自由度冗余仿人臂的障碍实时回避

针对具有末端位姿约束的仿人臂,给出一种实现障碍回避的新方法。将障碍物和仿人臂假想为带电体,处在障碍物构成电场中的仿人臂将受到虚拟电场力的作用。用力学方法将该虚拟作用力分解到各关节,并以分解后虚拟力为指标实时地选择一冗余关节,对该关节构成力反馈,实现障碍的实时回避。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,将冗余度机械臂转化为非冗余度机械臂,直接给出位置形式的逆解。