基于能量优化的NURBS曲面几何特征修改

NURBS作为曲面造型技术中的重要方法之一,在计算机辅助几何设计和计算机图形学领域中有着广泛的应用。针对NURBS曲面的几何特征修改,提出了基于能量优化的修改方法。通过对NURBS曲面的控制顶点进行扰动,以曲面的应力能改变为目标函数并使之最小化,实现了NURBS曲面上给定多个点处的位置、一阶偏导矢、二阶偏导矢和法矢等几何特征的修改。数值实例表明该方法用于微调时,可实现对曲面局部形状的多种修改效果,便于交互设计。     

基于3D曲面模型的数字水印算法

本文给出了一种NURBS曲面模型的三维数字水印算法.该算法不直接将水印信息嵌入到NURBS曲面的参数中,而是对原始NURBS曲面模型进行修改,通过映射成虚拟2D图像,利用已有的DCT域图像水印嵌入算法将信息嵌入到2D图像中,再对2D图像进行提取产生新的NURBS曲面水印模型.该算法对于控制顶点、节点向量的改变以及模型表面的近似等操作具有鲁棒性.     

基于NURBS方法的气动外形优化设计

采用NURBS曲线曲面,对钝锥弹头和钝双锥弹体建立参数化曲面模型,取NURBS曲线控制点作为设计参数,应用高超声速面元法求解气动力特性,在给定设计约束下,采用遗传算法进行气动外形优化设计,并对优化结果进行了比较分析。结果表明,采用NURBS方法构造参数化外形,并结合优化技术可方便快速地获得所需最优外形;与应用二次曲线构造参数化外形相比,该方法对弹体形状控制更加灵活,并可局部修改弹头曲线形状。因此,基于NURBS方法发展整套的系统优化设计算法很有现实意义和应用价值。     

NURBS曲面生成算法及仿真研究

讨论了一种生成NURBS曲面的算法,用C语言实现了该算法,并利用MATLAB进行仿真对该算法进行验证。在算法中讨论了曲面及其等距面生成方法以及曲面生成技术中相关的一些技术,如曲线段间参数过渡、曲面生成模式、曲面生成的实时性、改变曲面的形状等。仿真结果证明了算法的有效性。     

NURBS边界曲面直接生成法

由于非均匀有理B样条(NURBS)曲面的复杂性,传统NURBS边界曲面的生成是先构造孔斯曲面,再由孔斯曲面向NURBS曲面转换得到,其操作过程比较烦琐。针对此问题,提出了NURBS边界曲面直接生成算法,该算法根据给定的四条NURBS边界曲线,结合孔斯曲面生成方法直接插值生成NURBS曲面,从而避免了通过孔斯曲面向NURBS曲面转换所带来的计算代价,因此同传统方法相比,具有较低的计算代价。实验结果表明:该算法简化了曲面生成步骤,减少了曲面转换过程的计算量,生成的曲面边界信息明确,且连续性好。     

基于权因子调整的NURBS曲线形状修改算法及其在人脸建模中的应用

提出了一种修改NURBS曲线形状的新算法．该算法运用约束优化方法，通过调整原始曲线的多个控制顶点的权因子，使得修改后的曲线更加自然地通过给定的目标点，推导出了用于计算新权因子的3变量线性方程组，并在此基础上，针对人脸建模中的具体问题，设计了一种基于NURBS曲线形状调整的人脸轮廓线编辑算法，实验结果表明了该算法的有效性。     

心血管三维表面的NURBS重建方法

针对心血管三维表面重建的问题,采用NURBS(非均匀有理B样条)重构三维血管表面,研究了NURBS曲面的拟合算法和利用"权值"修改NURBS曲面的方法,并运用OpenGL技术实现了三维血管的虚拟显示。利用临床冠状动脉造影图像进行心血管三维重建实验,结果表明该重建方法比传统方法在重建精度和光顺性上都有明显的改善。     

NURBS曲线曲面间最短距离的计算

针对现有的大多数计算几何形状间最短距离的算法都需要进行大量的多边形检测,且有时计算出的最短距离不够精确的问题,提出一种计算NURBS曲线与曲线、曲线与曲面和曲面与曲面间最短距离的算法.首先将2个NURBS形状分解成分段B啨zier表示的2个集合,给出一种计算2个集合的边界包围球的简单快速算法;然后分别在2个集合中选择包含最短距离的B啨zier表示对形成候选集.该算法采用边界包围球和"四点条件"约束提高计算效率,用多维Newton-Raphson迭代计算所有候选对间的局部最短距离,由此求出全局的最短距离.实验结果表明,文中算法具有速度快、精度高和鲁棒性好的特点,可实时计算2个NURBS曲线曲面间的最短距离.     

基于约束优化的NURBS曲面形状修改

提出了一种修改NURBS曲面形状的新方法.利用约束优化方法,得到计算曲面新的控制顶点的显式公式,并给出例子以比较所提出的方法和Piegl方法的效果.     

改变B样条曲面与NURBS曲面的节点

通过改变k×h阶B样条曲面和NURBS(Non UniformRationalB spline)曲面的若干节点,分别产生一个B样条曲面族和NURBS曲面族,并指出:曲面族的包络是用相同控制顶点定义的(k -a)×(h -b)阶B样条曲面和NURBS曲面,其中a ,b分别是两个方向上所改变的节点的重数 对于B样条曲面来说,曲面族与其包络的任意阶相同偏微分之间只相差一个因子,文中所得结果可以作为计算机辅助设计系统中曲面造型和形状修改的理论参考     

求解曲面距离问题的模拟退火遗传算法

提出计算曲面距离的统一方法——退火遗传算法。该算法将模拟退火算法和遗传算法相结合,解决了曲面之间的距离问题。该方法将工业中常用的曲面统一用参数形式表示,利用遗传算法求解曲面的距离问题。该方法通过引入模拟退火机制和人为地加入一定数目的特殊个体,大大增强了算法的爬山性能。     

一种多张裁减曲面的快速三角化算法

针对多张裁减曲面的三角化问题,提出一种多张裁减曲面三角化边界的算法。该算法在进行多张裁减曲面的三角化时,采用点对应的方法离散曲面的公共边界,因而能有效地防止曲面相交处出现裂缝、孔洞和覆盖等现象,提高了多张裁减曲面三角化算法的正确性。同时采用了目前比较先进的基于局部优先的平面任意区域三角剖分算法,因而提高了三角化的效率。     

多连通曲面离散点集的3D三角划分算法研究

在对非封闭曲面、简单封闭曲面和多连通封闭曲面的特点进行分析之后,提出了一种多连通封闭曲面离散点集的3D三角划分算法.该算法无须对离散点集所对应的自由曲面进行分片,直接在3D空间根据曲面的形态变化向前逐层推进生成三角网格.算法同时还适用于非封闭曲面和简单封闭曲面两种情形.实验结果表明,该算法的划分效果优良,能够满足曲面重构的需要.     

有理参数曲面的快速逐点生成算法

有理参数多项式曲面的快速逐点生成算法在计算机图形学中有重要的应用。在有理参数多项式曲线的快速逐点生成算法基础上，给出了有理参数多项式曲面的快速逐点生成的初值计算公式、选代步数公式和递推公式，并给出有理参数多项式曲面的快速逐点生成算法。     

A fast algorithm for visualizing 3D unstructured grid data on outer surfaces

An efficient algorithm for data visualization is presented. Its purpose is to display the data distribution on the outside of three-dimensional (3D) unstructured grid. For speeding up the visualization procedure, two algorithms for classifying element surfaces of the grid into outer surfaces and inner surfaces are presented, their efficiency is discussed, and algorithm 2 based on related surfaces of the minimum (or maximum) element node number is chosen as the better one in rendering the data distribution on outer surfaces. The algorithm has higher efficiency than other algorithms available, and can be implemented easily.     

Fast generation of spherical slicing surfaces for irregular volume rendering

An efficient algorithm for generating a set of concentric spherical slicing surfaces for volume rendering of irregular volume datasets is presented. Our original algorithm, which approximates volume rendering by accumulating concentric spherical slicing surfaces from back to front, generates these surfaces by means of a conventional isosurface generation algorithm. However, this causes a performance bottleneck. To solve the problem, we propose a proliferous generation of slicing surfaces from seed cells, which are automatically determined according to the extremum points of the values of distances from a viewing point. A benchmark test shows that this approach can improve the performance significantly. In addition, we compare this algorithm with a raycasting algorithm that we proposed previously, and discuss a criterion for selecting which one to use for maximizing the performance     

Visualizing nonmanifold and singular implicit surfaces with point clouds

We use octree spatial subdivision to generate point clouds on complex nonmanifold implicit surfaces in order to visualize them. The new spatial subdivision scheme only uses point sampling and an interval exclusion test. The algorithm includes a test for pruning the resulting plotting nodes so that only points in the closest nodes to the surface are used in rendering. This algorithm results in improved image quality compared to the naive use of intervals or affine arithmetic when rendering implicit surfaces, particularly in regions of high curvature. We discuss and compare CPU and GPU versions of the algorithm. We can now render nonmanifold features such as rays, ray-like tubes, cusps, ridges, thin sections that are at arbitrary angles to the octree node edges, and singular points located within plot nodes, all without artifacts. Our previous algorithm could not render these without severe aliasing. The algorithm can render the self-intersection curves of implicit surfaces by exploiting the fact that surfaces are singular where they self-intersect. It can also render the intersection curves of two implicit surfaces. We present new image space and object space algorithms for rendering these intersection curves as contours on one of the surfaces. These algorithms are better at rendering high curvature contours than our previous algorithms. To demonstrate the robustness of the node pruning algorithm we render a number of complex implicit surfaces such as high order polynomial surfaces and Gaussian curvature surfaces. We also compare the algorithm with ray casting interms of speed and image quality. For the surfaces presented here, the point clouds can be computed in seconds to minutes on atypical Intel based PC. Once this is done, the surfaces can be rendered at much higher frame rates to allow some degree of interactive visualization.     

Computing exact rational offsets of quadratic triangular Bézier surface patches

The offset surfaces to non-developable quadratic triangular Bézier patches are rational surfaces. In this paper we give a direct proof of this result and formulate an algorithm for computing the parameterization of the offsets. Based on the observation that quadratic triangular patches are capable of producing C¹ smooth surfaces, we use this algorithm to generate rational approximations to offset surfaces of general free-form surfaces.     

多个曲面拓扑模型及光滑重建方法的研究

首先给出能够表示任意多个自由曲面拓扑的描述,该模型可用于表示反求工程中的任意物体,基于这种拓扑模型,给出了一种新的多个复杂自由曲面的重建算法,该算法能够保证相邻曲面间具有很高的几何连续性,实践证明是可靠和高效的。     

基于投影特征识别的斜截切二次曲面重建算法

平面与二次曲面的截切组合是机械零件常用的设计手段.在分析斜截切二次曲面在三视图中的投影特性的基础上,提出识别和重建这类曲面的算法.首先根据曲面的投影特性在三视图中检索斜截切曲面的投影痕迹;然后以其作为引导,初步判定曲面类型,深度优先搜索进一步识别斜截切二次曲面;再根据投影边的二维信息计算未截切曲面的几何参数,并通过未截切曲面与截平面求交获取截切曲线;最后构造斜截切曲面的拓扑结构,生成三维曲面.该算法可以识别和重建空间任意位置的斜截切二次曲面,拓展了重建算法的形体覆盖域.文中算法目前已运用到形体重建原型系统中,实验结果证明了其有效性.