有限元网格的孔洞修补算法研究

针对板料成形零件的有限元网格模型提出了一种基于曲面的网格孔洞修补算法,该算法首先建立有限元网格模型的孔洞边界信息,其次利用网格孔洞边界和单元信息确定截面线的方向并生成截面线,然后用蒙皮法构造光滑的蒙皮曲面,最后利用基于边界约束的铺砌算法生成混合网格的孔洞网格,根据此算法获得的孔洞网格可以与原有网格光滑地融为一体,可以很好地满足板料成形CAE分析零件的网格孔洞修补要求,应用实践表明该算法是稳定可靠的。     

基于任意骨架的隐式曲面造型技术

给出了一个新的基于任意多面体网格骨架的构造性自由曲面造型算法.算法首先由每个给定骨架构造出一个距离场,然后利用隐函数光滑过渡技术和CSG(constructive solid geometry)表示技术将所构造的隐式曲面自由地两两粘合成一张光滑曲面.隐式曲面的多边形化算法则用来生成最终曲面网格.以任意骨架作为基本体素,突破了传统隐式曲面以点为基本骨架的限制.而且,距离曲面很好地逼近了原骨架形状,使用户可直观地对复杂曲面进行交互设计.而形变函数的引入,则极大地丰富了此方法的造型能力.实验结果表明,基于该算法的原型系统能够方便、直观地构造复杂的自由曲面.     

改进的血管三维建模算法

针对现有基于细分曲面的血管建模算法不能处理任意拓扑结构的血管数据,以及保证血管分叉处的光滑过渡等问题,对该算法进行了改进.首先采用有向图表示血管段之间的关系,然后对血管中心线模型进行双向自适应采样,最后采用Loop细分模式生成血管曲面.实验结果表明,采用文中算法能够有效地处理任意拓扑复杂的血管数据,并且能生成高质量的三维血管模型.     

基于变分隐式曲面的网格融合

三维物体融合利用三维模型之间的剪贴操作从两个或多个现有的几何模型中光滑融合出新的几何模型.作为一种新的几何造型方法,它正受到越来越多的关注.提出一种基于变分隐式曲面的网格融合新方法.首先利用平面截面切出网格物体的待融合边界,然后通过构造插值待融合网格物体边界的变分隐式曲面并对其进行多边形化,得到待融合网格物体间的过渡曲面,最后通过剪切掉过渡曲面的多余部分及拓扑合并操作以实现过渡网格曲面与原始网格间的光滑融合与现有的直接连接待融合网格物体边界以实现网格融合的算法相比,该方法不仅突破了对待融合物体的拓扑限制,允许多个物体同时进行融合,而且算法计算快速、鲁棒,使用方便,展示出良好的应用前景.     

基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法

晶格结构因其具备特殊的机械性能,已成为增材制造复杂结构设计和制造的重要研究领域之一。 针对传统的模型晶格结构生成方法需要通过对参数化建模的晶格结构网格进行裁剪或对其网格进行保形变形 实现,且生成效率较低的问题,提出一种基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法,实现晶格结构对曲 面空间的适应和高效生成。首先,基于一种矩阵方法完成晶格结构骨架的表达和构造。其次,利用点与曲面、 曲线与曲面、曲面与曲面所形成的 3 种封闭空间,对晶格结构骨架进行保形变形,使晶格结构适应曲面空间。 最后,采用基于晶格结构骨架的网格生成和拼接方法,生成保形晶格结构的网格模型。通过组件应用架构(CAA) 二次开发方法提取计算机辅助三维交互应用软件(CATIA)模型的参数曲面,实现保形晶格结构模型的高效生成, 并表现出良好的曲面空间适应性,证明该方法具有一定工程价值。     

基于隐式曲面的3维树木建模

为了利用隐式曲面构造出光滑拼接的3维树木枝条模型,同时义能避免3维树木建模中枝条曲面的单一性,以增强树木模型局部细节的真实感描述.提出了一种基于隐式曲面的3维树木建模方法,该方法首先将基于骨架的隐式曲面与具有多项式密度分布的直线骨架卷积曲面结合起来进行3维树木建模;然后采用BlobTree结构来组合隐式曲面原型,并用优化融合来消除树木枝条的融合突起;最后用PCM等隐式曲面建模技术来模拟3维树木表面的局部细节,并采用实际树木图片中的颜色概率分布进行纹理填充.实验结果表明,该方法不仅可以重构出具有多样性的光滑3维树木枝条,并能够逼真地生成树权脊梁、树木突起等局部细节特征.     

基于卷积曲面的几何造型方法

卷积曲面是一种很有潜力的隐式曲面造型方法。由于卷积的可叠加性质，使得其生成的曲面很光滑，不会产生凸包和裂缝。卷积曲面造型是基于骨架的，其骨架可以是曲线或曲面，也可以以物体轮廓线为骨架原型来获取所需要的物体造型。在卷积造型的过程中，通过对骨架加权可以精细地控制结果曲面的形状。在介绍了卷积曲面造型的各类方法后，分析了其特点和发展方向。     

基于四边形网格的可调细分曲面造型方法

提出了一种基于四边形网格的可调细分曲面造型方法。该方法不仅适合闭域拓扑结构，且对初始网格是开域的也能进行处理。细分算法中引入了可调参数，增加了曲面造型的灵活性。在给定初始数据的条件下，曲面造型时可以通过调节参数来控制极限曲面的形状。该方法可以生成C1连续的细分曲面。试验表明该方法生成光滑曲面是有效的。     

基于谷脊线特征的三维网格模型简化方法

已有的网格简化算法容易丢失大量褶皱、边界等明显几何特征,导致简化后的模型在视觉上失真,为此提出一种基于谷脊线特征的三维网格模型简化方法.首先基于隐式曲面提取网格模型的谷脊线,得到体现重要性几何信息的模型特征点;然后利用层次化的紧支撑径向基函数(CS-RBFs)将上述模型特征点恢复成隐式曲面,得到简化后的三维网格模型.与N-Garland方法对比的实验结果表明,文中方法能显著地减少网格模型顶点数,生成的模型精确度高,生成过程高效.     

离散光滑插值方法在多值曲面中的应用

针对底辟构造、褶皱等复杂地质体的三维描述与模拟,一直是三维地质建模领域面临的挑战,而且至今仍缺乏完善且易于操作的系统实现,在对复杂地质体的建模方法研究的基础上,采用插值拟合的地质曲面生成的方法,利用三角网格模型结合离散光滑插值(DSI)方法进行多值曲面的生成,实现了多值曲面类蘑菇体的建模.     

基于C—C细分的四边形网格上插值光滑Bezier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题．基于C—C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bezier曲面片的算法．将输入四边形网格作为C—C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bezier曲面,使Bezier曲面片逼近C—C细分极限曲面．曲面片在与奇异顶点相连的边界上G^1连续,其他地方C^2连续．为解决C—C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点．实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面．     

隐式T样条实现封闭曲面重建

为了简化法向偏差约束条件和优化光滑能量项,提出一种隐式T样条曲面重建算法.首先利用八叉树及其细分过程从采样点集构造三维T网格,以确定每个控制系数对应的混合函数;然后基于隐式T样条曲面建立目标函数,利用偏移曲面点集控制法向,采用广义交叉检验(GCV)方法估计最优光滑项系数,并依据最优化原理将该问题转化为线性方程组求解得到控制系数,从而实现三角网格曲面到光滑曲面的重建.在误差较大的区域插入控制系数进行T网格局部修正,使得重建曲面达到指定精度.该算法使重建曲面C1连续条件得到松弛,同时给出最优的光顺项系数估计,较好地解决了封闭曲面的重建问题.实例结果表明,文中算法逼近精度高,运算速度快,仿真结果逼真.     

基于C-C细分的四边形网格上插值光滑Bézier曲面的生成

在任意拓扑的四边形网格上构造光滑的曲面是计算机辅助几何设计中的一个重要问题.基于C-C细分,提出一种从四边形网格上生成插值网格顶点的光滑Bézier曲面片的算法.将输入四边形网格作为C-C细分的初始控制网格,在四边形网格的每张面上对应得到一张Bézier曲面,使Bézier曲面片逼近C-C细分极限曲面.曲面片在与奇异顶点相连的边界上G1连续,其他地方C2连续.为解决C-C细分的收缩问题,给出了基于误差控制的迭代扩张初始控制网格的方法,使从扩张后网格上生成的曲面插值于初始控制网格的顶点.实验结果表明,该算法效率高,生成的曲面具有较好的连续性,适用于对四边化后的网格模型上重建光滑的曲面.     

基于Metaball的曲面约束变形模型及应用

结合曲面变形技术和Metaball原理,提出了基于Metaball的曲面约束变形模型,将Metaball的势函数表达曲面变形的约束,用它去作用于待变形曲面,通过调整Metaball势函数的约束中心、作用半径、偏移等参数控制曲面的预期变形效果,利用骨架卷积获得平坦光滑的曲面.讨论了约束关系、单个约束的影响、控制约束的相互影响等问题,并举例说明了这个模型的机理和应用.     

基于轮廓线的三维网格曲面绘制

在融合了交互式轮廓绘制与网格造型技术的基础上,提出了一种快速三维网格曲面建模方法.根据绘制轮廓线的特征点分布,进行约束化三角网格剖分,提取二维轮廓线的骨架;选取骨架点和采样点投影到三维空间椭球曲面,并引入二面角原则,优化了空间离散数据点的三角化算法;最后缝合骨架点,获得三维网格曲面表示.实验结果表明了该算法的直观性、高效性.     

基于广义势场的三维形体多层次线骨架构建

在Cornea建立的基于广义势场的骨架生成算法的基础上,提出一种新的多层次线骨架构建算法。通过选取不同的r值简化边界点,减少了斥力场的计算时间。与Cornea算法不同,选取曲面变分替代曲率,并选取局部曲面变分值较高的边界点作为种子点生成多层次的骨架。由于曲面变分比曲率更适用于反映点云形体表面的性质且计算速度较快,因此该算法更适于处理点云,且具有一定的鲁棒性。同时分析了不同的r值与骨架连通性和计算时间的关系。实验结果表明,经边界点简化处理,斥力场计算时间比原来减少一半左右,且以此生成的骨架能够保持较好的光滑性和连通性。还尝试了另一种基于曲面变分简化边界点的准则,并仔细考查了高曲面变分点、邻域半径k以及不同的空间划分尺度n对多层次骨架生成的影响。     

用卷积曲面生成脸部皱纹的方法

将卷积曲面应用于人脸建模，提出了在个性化人脸模型上生成皱纹的新方法。运用基于图像的建模方法将通用人脸网格变形并计算出纹理图像，变形后的网格再与一个核函数卷积生成卷积曲面，通过轮廓函数调整曲面的形状而产生皱纹。将纹理图像映射到卷积曲面上使皱纹具有真实感。实验结果表明本文的方法可以通过控制轮廓函数的参数生成不同外观的皱纹。     

讲基于曲率特征的三维模型浮雕压缩算法

基于三维拓扑和几何信息的数字化浮雕生成,是浮雕设计领域的一个全新发展方向。根据浮雕艺术形式的特点,实现了一种基于三维测量数据的浮雕曲面生成算法。该算法将浮雕的生成抽象为三维模型在某个投影方向上深度场的压缩过程,以模型曲面的几何信息作为压缩对象,生成的浮雕曲面在深度方向上的立体感可由用户自由控制。实验表明该方法在保持模型拓扑结构一致性的基础上,包含了丰富的几何细节特征。算法可以利用现有的各种实体造型,生成灵活多样的浮雕艺术品,具有广泛的应用前景。     

从点集重构曲面网络方法综述

本文主要对三维数据点重构曲面网格模型方法进行了综述。从三维数据点集重构曲面一般遵循以下三个步骤：1）重构曲面网格模型；2）网格简化；3）拟合曲面（通常为Bezier,NURBS),其中重构曲面网格为关键的一点，三维数据点集由三维数字化仪采集得到，不同的数字化设备，得到的三维数据点集可能会有差别，重构曲面网格的算法也不尽相同，本文介绍了几种对于不同数据形式，有代表性的重构曲面网格算法。     

残缺网格模型的快速B样条曲面重建

针对残缺的三角网格模型,提出一种将网格模型的散乱数据点转化为有序阵列点再进行B样条曲面快速重建的算法.首先确定最小二乘平面上的一个矩形参数域,再构造出一个平面阵列点列,并部分映射到三维网格上;然后利用空间阵列点的邻域信息估计4个角点的空间坐标,并构造径向基函数曲面,用于补充空间阵列点列中残缺的数据;最后利用有序点列拟合的高效性构造B样条曲面.实验结果表明:该算法速度快、拟合精度高、鲁棒性强,重建的曲面具有良好的光顺性和可延伸性,适用于逆向工程中对经过数据分割后的网格模型的自由曲面重建.