植物三维结构参数化建模系统的设计与实现

基于植物生长规律及其拓扑结构特点，将参数化绘图技术应用于植物三维结构仿真，以提高植物拓扑结构生成的速度．在Windows平台上，使用OpenGL图形接口，结合植物三维形态建模实际需要，采用面向对象编程技术，设计并实现了一个集植物形态模拟及可视化、场景动态渲染、植物生长动画等功能的植物三维结构可视化模拟系统．重点介绍了参数化建模原理、L系统算法的改进、各种植物构造模型的模拟、系统的模块设计及用户界面的实现，最后给出了系统应用的具体例子．     

L系统对植物的模拟绘制

利用分形中的L系统并结合几何造型技术对植物树木进行模拟绘制．其中,利用L系统构建三维特征树木,并给光秃秃的树枝点缀上花朵、叶子等．叶子的建模依然采用L系统的文法,每朵花是由一些花瓣按一定方式组合在一起形成的,花瓣的建模采用几何造型技术．实验证明：借助L系统与几何造型技术相结合的手段绘制的植物树木更接近真实景物,可以应用在计算机动画、虚拟现实场景的设计中．     

自然场景中三维植物的建模

三维植物建模是虚拟自然场景生成过程中的关键问题之一,而植物建模主要考虑分枝结构和叶子这两个重要因素.通过将曲线细分思想引入到上下文相关的L系统推导规则中,并改变传统的线性数组字符存储结构,提高了L系统分枝建模过程的真实感和计算效率;同时在植物叶子造型中采用轴变形方法和纹理映射技术,提高了植物叶子造型的真实感.在此基础上给出了改进的植物生长状态演化算法,并给出了实验算例.     

基于地质特征驱动的三维地质建模技术

三维地质建模时,由于几何数据和属性数据的特征不同,一般难以有效融合．为实现地质特征的融合,提出一种基于地质特征驱动的三维地质建模技术．利用三维空间数据建立几何结构模型,解决基于地质特征的几何映射与拓扑关联等关键技术,建立各种地质特征的属性数据与几何模型图形元素之间的拓扑关系,实现属性数据与几何数据的有效约束,最终构建形成满足拓扑关系唯一的地质特征驱动的三维地质模型．使用位于云贵高原向广西盆地过渡的斜坡地带的实际工程数据进行实验验证,结果表明,该技术解决了几何数据与属性数据的有效融合,为地质综合分析与工程应用提供了综合性的三维模型．     

树结构在植物形态建模中的扩展及其应用

植物形态建模即建立植物拓朴结构及其几何表示是植物模拟的关键.为此,对传统的树结构进行扩展,建立一种新的树结构.这种新的树结构一方面与植物生长发育的过程相符,另一方面也容易实现.     

基于参数化L系统的植物结构模型可视化模拟

植物学家归纳出的植物结构模型,规定了植物形态发生的方式以及植物生长的最终结构.根据结构模型进行植物建模可以精确描述植物的结构特点,可视化模拟其生长过程.探讨了利用参数化L系统生成这些结构模型的方法以及基于这些模型的植物形态可视化模拟,给出了模拟这些结构模型所需的L系统的迭代公理和若干产生式参数.在模拟具体植物时,该方法可以方便、快速地生成植物的空间结构.     

植物器官可视化建模系统的设计与实现

植物器官的真实模拟和可视化表达,对虚拟植物的研究和应用具有重要的意义.针对目前虚拟植物系统多专注于整株植物模拟的现状,以Visual C++6.0为开发平台、OpenGL为三维绘图工具,利用通用的算法和面向对象的结构设计方法,开发了适用于植物器官的可视化造型系统,完成了对叶片、枝茎、花朵和果实的三维可视化建模.分析了系统的开发需求,简述了系统的总体结构及基本功能,论述了系统设计与实现过程中涉及的关键技术,并给出了系统的界面以及实现的一些典型效果图.     

基于ST-Developer10几何信息提取方法的研究

目的 为以通用性标准提取三维模型的几何信息．以STEPAP203数据模型为输入信息，研究三维模型几何信息的提取方法．方法 在ST—Developer10的环境下，以VC＋＋6．0为开发工具，使用ROSE库函数，将EXPRESS语言描述的AP203文件信息转换为STEP设计对象和C＋＋类，按AP203数据模型的几何信息属性的层次结构，逐次提取几何信息．结果 使用ROSEC＋＋类库提取AP203文件头段信息．设计了数据段信息提取的流程。分为信息转换、几何信息提取和三维实体显示三部分，实现三维几何信息的提取，并显示出提取结果．结论 以AP203文件的几何模型信息为源信息，进行几何信息的提取，其提取结果也是基于STEP标准的，通用性好，可在不同的CAX系统之间传递与共享，可作为CAPP系统设计的直接输入信息，对实现CAD／CAPP集成提供了技术支持，是实现STEP—NC的基础．     

图形处理的三维几何造型数据结构研究

提出了一种新的适合于微机上进行图形生成、处理变换的三维几何造型的数据结构、该数据结构采用锭表结构形式，在计算机内部表示了构造三维形体所需的大量数据，使得在微机上处理复杂形体和生成有真实感图形成为可能，该三维几何造型数据结构在作者用ＢｏｒｌａｎｄＣ＋＋开发的图形处理软件中得到了成功的应用。     

虚拟自然环境的研究方法

介绍了植物三维建模与生成技术方法，三维地形生成及实时显示技术方法，云、烟、雾、火焰建模与生成技术方法，海浪建模生成技术方法。     

虚拟阔叶植物的建模及仿真

针对以往研究中植物建模主要集中在对植物器官静态结构的仿真,通常会忽略树叶或花瓣的厚度问题,本文根据阔叶植物的自然属性,利用植物的茎枝和叶片结构的相似性,采用具有厚度信息的3D叶片建模方法,通过叶片平行脉位置方向的弹性约束关系来有效控制叶片的动态仿真。实验表明,该方法仿真效率高且仿真结果较为真实。     

基于对象类方法的三维树造型技术

通过分析植物结构的分形特征及其与面向对象设计方法的一致性，担子同基于对象类方法的三维树造型技术，并以一个实例讨论了该技术的设计思想及实现过程。     

协同特征造型系统中并发控制的研究

针对目前复制式协同特征型系统大都采用并发冲突防止策略的锁机制,使得协同系统的并发度受到很大影响的现状,通过对特征造型过程中并发冲突的分析,提出一种非锁的基于特征依赖关系的并发控制机制,提高了协同设计的并发度,最后采用C＋＋编程语言结合WinSocket技术建立一个实现该并法控制机制的协同特征造型系统.     

Modeling of Geometric Variations Within Three-Dimensional Tolerance Zones

三维公差域内几何特征变动的建模方法

彭和平¹，卢文龙²

（1.江汉大学 机电与建筑工程学院，武汉 430056；

2.华中科技大学 机械科学与工程学院，武汉 430074）

创新点说明：

提出一种复杂特征几何变化的三维公差建模方法。根据新一代产品几何技术规范（GPS）中几何特征的定义和特征变动的分类法，所提出的建模方法基于小位移旋量（SDT）的概念，SDT参数用于建模拟合特征相对于名义特征的几何偏差变动。进一步构造了几种复杂或不规则几何特征的变动区域，讨论了相应的三维公差建模方法。最后，通过数值实例验证了该方法对三维尺寸公差和几何公差建模的有效性。完全基于数学基础提出的建模方法符合现行的GPS标准体系的思想。

研究目的：

本文提出并建立各种复杂非规则几何特征变动的定量化数学模型，开发了集成几何公差在内三维公差建模方法，为进一步研究三维公差分析和设计奠定理论基础，是新一代GPS与现有公差设计理论相结合的学术研究前沿。

研究方法和结论：

基于理论上的探讨，采用实例分析验证方法的有效性。

关键词：产品几何技术规范(GPS)；公差建模；特征；几何变动；小位移旋量（SDT）

     

一种概念建模框架的提出及应用 

概念建模是建模仿真的重要阶段,概念建模的好坏与仿真模型的成功与否密切相关.针对目前缺乏普适性的概念建模框架这一现状,首先对概念建模进行了介绍,进而提出了一种概念建模框架及评价指标;将该概念建模框架应用于网络安全建模仿真中,提出了基于多Agent的概念模型,建立了基于人工免疫的入侵检测系统多Agent概念模型.最后基于OMNeT＋＋设计了相应的仿真模型并进行了仿真实验.结果证明该框架能够增加概念建模的规范程度,对概念模型的建立具有指导作用.     

飞机钣金零件多态模型几何信息定义方法

飞机钣金零件成形工件几何信息的定义是其数字化设计与制造的桥梁。文中提出了多态模型几何信息定义流程,采用基于树的数据结构和XML表达方式,建立了钣金零件几何信息模型。对于成形件态,提出了典型钣金零件结构要素设计方法;对于毛坯态和中间件态,提出了基于结构要素的展开算法。基于上述方法开发了多态模型几何信息定义系统,并应用于L15飞机框肋类零件制造,结合实例说明了应用过程。应用表明,该方法提高了钣金零件成形质量,降低了制造成本。     

煤矿三维巷道建模技术研究

研究了煤矿巷道三维建模中的部分问题,包括巷道建模、巷道交点建模和碰撞检测。结合巷道中心线节点上加载断面的思想建立了单一巷道模型,利用曲线插值的方法解决了交点建模的问题,用经典包围盒法实现了漫游时的碰撞检测。并采用VC＋＋．NET开发平台,结合OpenGL技术实现了煤矿三维巷道的虚拟显示与漫游,给出了实验效果图。     

一种建立发酵过程模型的新方法

为了建立精确的微生物发酵过程数学模型,在标准回归型支持向量机(SVM)的基础上提出了动态ε- SVM方法。即不同样本使用不同的ε;使用改进的多目标遗传算法(MOGA)自动选择动态ε-SVM的参数．将改进的MOGA和回归型动态ε-SVM结合形成一种新的建模方法,利用现场生产数据建立了青霉素效价预估模型．结果表明此方法具有较强的拟合和泛化能力．经过对比,本文方法比基于MOGA和标准SVM的建模方法具有更强的泛化能力．     

基于ACIS的水轮机转轮三维造型技术

传统的水轮机转轮设计包括流体动力学设计和几何设计 ,在几何设计中采用二维木模图来表示叶片 ,不能满足数字化设计与制造的要求。作者介绍利用VC 和ACIS开发转轮的三维造型及实现方法 ,通过三维造型功能的开发 ,实现转轮流体动力学设计与三维几何设计一体化