细分曲面拟合的局部渐进插值方法

逼近型细分方法生成的细分曲面其品质要优于插值型细分方法生成的细分曲面.然而,逼近型细分方法生成的细分曲面不能插值于初始控制网格顶点.为使逼近型细分曲面具有插值能力,一般通过求解全局线性方程组,使其插值于网格顶点.当网格顶点较多时,求解线性方程组的计算量很大,因此,难以处理稠密网格.与此不同,在不直接求解线性方程组的情况下,渐进插值方法通过迭代调整控制网格顶点,最终达到插值的效果.渐进插值方法可以处理稠密的任意拓扑网格,生成插值于初始网格顶点的光滑细分曲面.并且经证明,逼近型细分曲面渐进插值具有局部性质,也就是迭代调整初始网格的若干控制顶点,且保持剩余顶点不变,最终生成的极限细分曲面仍插值于初始网格中被调整的那些顶点.这种局部渐进插值性质给形状控制带来了更多的灵活性,并且使得自适应拟合成为可能.实验结果验证了局部渐进插值的形状控制以及自适应拟合能力.     

基于细分曲面的三维服装柔性实体模拟

提出一种基于细分曲面的三维服装柔性实体模拟算法，该算法将整个模拟过程分为两个阶段：首先利用四点细分曲面造型方法生成三维服装刚性曲面，然后在刚性曲面基础上通过引入织物的物理模型来模拟三维服装柔性曲面，通过物理和几何模拟方法有机结合，算法有效解决了复杂衣片间的缝合问题，较大地提高了模拟的计算效率，同时，也提出了一种基于细分曲面层次数据结构的碰撞检测算法，有效提高了模拟速度，提出的算法已全部在所开发的三维虚拟服装试衣系统中得以实现，实验结果表明：该算法具有模拟效率高、交互性强和易于计算机实现等优点。     

隐式曲面的多分辨率法向网格逼近

法向网格是一种新型的曲面多分辨率描述方式，其中每个层次都可以表示为其前一个粗糙层次的法向偏移．文中提出一种基于法向网格表示的隐式曲面多分辨率网格逼近算法．首先通过基于空间剖分技术的多边形化算法获得隐式曲面的粗糙逼近网格，并利用网格均衡化方法对粗糙网格进行优化，消除其中的狭长三角形；然后利用法向细分规则迭代地对网格中的三角面片进行细分，并利用区间算术技术沿法向方向对隐式曲面进行逼近．最终生成的隐式曲面分片线性逼近网格为法向网格．该逼近网格为隐式曲面提供了一种多分辨率表示，网格具有细分连通性，其数据量较传统的多边形化算法所生成的网格有大幅度的压缩．该算法可用于隐式曲面的多级绘制、累进传输及相关数字几何处理．     

隐式曲面快速多边形化

隐式曲面多边形化是隐式曲面绘制的常用算法。该文提出了一个隐式曲面快速多边形化算法。首先用Bloo-menthal的多边形化算法生成一个粗糙的初始网格,再进行网格优化提高网格规则性,最后用多边形细分策略细分优化后的网格。实验结果表明,该算法在网格生成速度和网格规则性上都胜于Bloomenthal的多边形化算法。     

插值型Catmull-Clark曲面的实现

Catmull-Clark细分是一种逼近型细分方法,它的极限曲面并不插值初始点。通过对Catmull-Clark细分矩阵进行分析,给出了一种插值条件。通过求解插值条件,得到一个新的网格,对这个网格应用Catmull-Clark细分,其极限曲面插值初始网格的控制顶点。最后对极限曲面的形状进行了讨论。     

基于曲面精确表示的距离极值点的计算及在刀具干涉检测中的应用

针对基于曲面精确表示的刚体碰撞检测中裁剪曲面距离极值点的求解问题,提出了 利用平面向量场估计初始曲面距离极值点的方法,避免了曲面过度细分,讨论了距离极值点满足 的微分几何条件,给出了解析曲面/参数曲面、参数曲面/参数曲面、点/参数曲面和曲线/参数曲面 的距离极值点迭代算法。实例验证分析了该算法的高效性和可靠性。     

基于网格优化的隐式曲面自适应多边形化

隐式曲面多边形化是隐式曲面绘制的一种常用算法.基于网格优化的隐式曲面快速自适应多边形化算法,首先用多边形化算法生成一个粗糙的初始网格,再利用网格优化方法从网格顶点位置、规则性和网格法向三个方面对粗糙网格进行调整,最后根据网格的局部曲率用多边形细分策略细分优化后的网格.实验结果表明,该算法在网格生成速度和网格规则性上都胜于Marching Cubes的多边形化算法,恢复的隐式曲面能较好地反映形状特征.     

基于网格优化的隐式曲面自适应多边形化

隐式曲面多边形化是隐式曲面绘制的一种常用算法.基于网格优化的隐式曲面快速自适应多边形化算法,首先用多边形化算法生成一个粗糙的初始网格,再利用网格优化方法从网格顶点位置、规则性和网格法向三个方面对粗糙网格进行调整,最后根据网格的局部曲率用多边形细分策略细分优化后的网格.实验结果表明,该算法在网格生成速度和网格规则性上都胜于Marching Cubes的多边形化算法,恢复的隐式曲面能较好地反映形状特征.     

用逼近型√3细分方法构造闭三角网格的插值曲面

为了避免用逼近型3~(1/2)细分方法构造插值曲面过程中出现的烦琐运算,利用3细分方法极限点计算公式,提出一种用逼近型3~(1/2)细分方法构造闭三角网格插值曲面的方法.给定待插值的闭三角网格,先用一个新的几何规则与原3~(1/2)细分方法的拓扑规则细分一次得到一个初始网格,用3~(1/2)细分方法细分该初始网格得到插值曲面;新几何规则根据极限点公式确定,保证了初始网格的极限曲面插值待插值的三角网格.由于初始网格的顶点仅与待插值顶点2邻域内的点相关,所以插值曲面具有良好的局部性,即改变一个待插值点的位置时,只影响插值曲面在其附近的形状.该方法中只有确定初始网格顶点的几何规则与原3细分方法不同,故易于整合到原有的细分系统中.实验结果表明,该方法具有计算简单、有充分的自由度调整插值曲面的形状等特点,使得利用3~(1/2)细分方法构造三角网格的插值曲面变得极其简单.     

用逼近型3~(1/2)细分方法构造闭三角网格的插值曲面

为了避免用逼近型3~(1/2)细分方法构造插值曲面过程中出现的烦琐运算,利用3细分方法极限点计算公式,提出一种用逼近型3~(1/2)细分方法构造闭三角网格插值曲面的方法.给定待插值的闭三角网格,先用一个新的几何规则与原3~(1/2)细分方法的拓扑规则细分一次得到一个初始网格,用3~(1/2)细分方法细分该初始网格得到插值曲面;新几何规则根据极限点公式确定,保证了初始网格的极限曲面插值待插值的三角网格.由于初始网格的顶点仅与待插值顶点2邻域内的点相关,所以插值曲面具有良好的局部性,即改变一个待插值点的位置时,只影响插值曲面在其附近的形状.该方法中只有确定初始网格顶点的几何规则与原3细分方法不同,故易于整合到原有的细分系统中.实验结果表明,该方法具有计算简单、有充分的自由度调整插值曲面的形状等特点,使得利用3~(1/2)细分方法构造三角网格的插值曲面变得极其简单.     

三维服装CAD中几何约束表达及其求解技术研究

从人体及服装的特点出发,提出三维服装几何元素的概念．采用样条曲线作为基本几何元素,归纳出服装的三种约束关系,即共点、对称和自对称关系;成为约束关系形成的基础．以三种约束关系为基础,建立了面向服装的几何约束图,有效地表达了三维服装几何元素及其相互关系;实现了一种基于约束图的约束求解方法。从而完成了构造服装及对服装的交互参数化修改,文中给出了应用实例,并将参数化方法向高层次图素如样条曲线、曲面作了推广,成功地应用于以样条曲线为几何元素的参数化服装CAD系统中,运行效果良好。     

基于混合模型的虚拟装配关键技术研究

针对虚拟装配中采用多边形网格模型引起的组件定位困难和碰撞检测精度低等问题,提出一种采用精确几何模型及其对应的多边形网格模型的混合模型作为底层数据,支持精确装配的虚拟装配系统构造方法,并基于Parasolid和Vir-tools平台进行了实现。基于混合模型的碰撞检测能根据计算精度和时间要求自适应求解,在速度快的同时,满足高精度碰撞检测要求;基于混合模型的组件装配,采用离散采样点定义装配路径,通过装配几何约束交互式定义限制组件的运动范围,通过自由度规约、装配约束求解实现了零部件精确定位,通过四元数插值实现装配路径中零部件位姿的平滑过渡,能满足高精度的装配要求。该方法已经在开发的多个系统中得到验证和应用。     

虚拟场景中碰撞检测实用算法研究

碰撞检测是虚拟系统中的一项关键技术，也是提高虚拟系统现实感的一个重要因素。许多算法对碰撞检测的精度进行了研究，但对一个大型的虚拟场景，碰撞检测的范围则是影响仿真速度的主要因素。该文在包围盒检测技术研究的基础上，根据大型虚拟场景的特点，提出了碰撞发生的局部性、主动性、相邻性的观点，由此给出了虚拟游览系统中碰撞检测的DS算法，通过在本单位虚拟战场仿真系统的应用及分析表明，该算法对提高虚拟系统的运算效率是非常有效的。     

JAVA 3D与VRML在机器人仿真和碰撞检测中的应用

碰撞检测是机器人运动仿真系统中的重要组成部分，快速有效的碰撞检测功能将是仿真系统成功的关键。本文介绍一种用AutoCAD、VRML建立机器人模型，用JAVA3D实现碰撞检测功能的方法，分析并提出了如何改进碰撞检测类来提高机器人碰撞检测中的精度问题，最后针对JAVA3D在碰撞检测方面的缺陷提出了进一步的改进意见。     

基于图的参数化设计方法

参数化系统中约束的表达和约束的求解是两大关键性技术问题。作者提出的基于图的参数化方法是将约束分成拓扑约束和几何约束,并以图结构表达这两类约束,然后对约束网络图进行拓扑排序、分解,以确定求解序列和检测约束一致性,最后按照几何约束网中的约束关系进行“几何参数驱动”,以实现参数化。     

图形编辑过程冲突消解策略研究*

冲突是协同图形编辑系统中的常见现象,合理地解决冲突是图形协同编辑的关键问题。讨论了协同图形编辑系统冲突消解问题,主要研究内容包括基于时间和空间干涉的冲突检测策略、交互事务分组策略,以及基于事务相关树的冲突消解策略。最后以手势为交互手段开发了一个采用冲突消解策略的协同图形编辑原型系统,目前该系统已经试用。     

On generating realistic avatars: dress in your own style

The use of 3D avatars is becoming more frequent with the development of computer technology and the internet. To meet users?? requirements, some software or programs have allowed users to customize the avatar. However, users are only able to customize the avatar using the pre-defined accessories such as hair, clothing and so on. That is, users have limited chance to customize the avatar according to their own styles. It will be of interest to users if they are able to change the appearance of the avatar by their own design, such as creating garments for avatars themselves. This paper provides an easy solution to dressing realistic 3D avatars for non-professional users based on a sketch interface. After a user drawing a 2D garment profile around the avatar, the prototype system can generate an elaborate 3D geometric garment surface dressed on the avatar. The construction of the garment surface is constrained by key body features. And the garment shape is then optimized to remove artefacts. The proposed method can generate a uniform mesh for processing such as mesh refinement, 3D decoration and so on.     

基于运动对象局部场景截取的碰撞检测算法

为了解决虚拟心脏介入手术系统中的碰撞检测问题,提出了一种基于运动对象局部场景截取的碰撞检测算法.通过实时构建运动对象的局部场景截取体,可以获取该对象周围的局部场景数据,有效地降低了碰撞检测复杂性.并且它对虚拟场景中埘象的形变属性没有特殊要求,可适用于虚拟环境中包含可形变对象的情形.通过虚拟心脏介入手术中的碰撞检测实验表明,碰撞检测频率达到500Hz以上,并能精确给出碰撞点和发生碰撞的基本几何元素等碰撞信息,可以满足虚拟心脏介入手术对碰撞检测的实时性与精确性要求.     

虚拟现实技术中碰撞检测算法研究

碰撞检测是虚拟现实技术、机器人技术与动画仿真技术等领域中一个关键的环节,其基本任务是确定两个或多个物体彼此之间是否发生接触或穿透。本文阐述了碰撞检测的一般结构、常见的几种分类标准。重点介绍了目前最主要的三种碰撞检测算法,基于包围盒方法的碰撞检测算法,基于图像空间的碰撞检测算法,基于距离场的碰撞检测算法,对它们各自的优缺点做了比较分析。最后预测了碰撞检测算法的未来发展方向。     

碰撞检测技术及在桥梁视景仿真中的应用

碰撞检测(Collision Detection)及优化是视景仿真技术中一项非常重要的技术,文中通过对碰撞检测理论的论述,概要介绍了碰撞检测算法关于时间域与空间域的不同分类方法,并讨论如何优化碰撞检测的方法,以减少运算时间与复杂度。通过视景仿真中桥梁碰撞检测的实例对碰撞检测理论及优化算法进行了验证。