图形处理器上地质模型的快速体素化

基于图形处理器(GPU)上的多目标缓存提出了一种新的地质模型快速体素化算法,可以在GPU上绘制模型的过程中在像素着色器中利用多目标缓存上的逻辑或操作完成模型表面体素化处理,在后处理的屏幕绘制过程中对模型内部进行体素化填充,极大地提高了计算速度,使得大规模地质模型可以在常见GPU平台上得以实时体素化,可以较好地处理模型内部的空腔等问题。针对算法在模型相近表面或微小凹凸处会产生错误的情况,设计了一种基于逻辑异或操作的实体体素化改进算法,使其结果更为快速准确。     

基于参数的NURBS体体素化与布尔运算

主要讨论基于参数的NURBS体体素化与并、交、差布尔运算.这是一种能比较精确表示NURBS体的体素化算法.NURBS体造型技术主要有蒙皮法、拉伸法与旋转法等.影响NURBS体形状的因素有控制顶点、结点与结点的重度、权因子与基函数次数.     

基于局部相对密度映射的变密度多孔结构设计方法

针对变密度多孔结构设计依据的拓扑优化密度信息不能被充分有效利用的问题,提出一种基于拓扑优化局部相对密度映射的变密度多孔结构设计方法。该方法根据多孔结构力学特点建立等效连续体的拓扑优化模型,通过拓扑优化密度的局部映射策略和调整方法,将拓扑优化的密度信息映射到多孔结构单元并根据映射的相对密度生成变密度多孔结构。此外,为检验多孔结构与拓扑优化密度信息的匹配程度,提出一种基于体素化和矩阵相似度的分析评价方法。最后以不同尺度的二维蜂窝为案例,验证了所提变密度多孔结构设计方法的可行性和有效性。     

基于自适应分割的动态面光源图像空间绘制

针对图像空间绘制技术中可见性积分的计算不能达到实时,并且无法捕捉由面光源上辐射度变化引起的着色点亮度变化这两个问题,提出了一种基于自适应的空间划分技术的、在图像空间中对动态面光源效果进行绘制的方法.该方法将场景中的物体根据深度及分布情况,自适应地划分为非均匀的体素,同时构建场景中深度和法向变化量的多级纹理,并利用存储在这些体素和纹理中的信息对着色点进行快速的可见性积分和相应的光照度计算.     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。     

复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三 维成像方法。 使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图 像数据。 利用均匀三次 B 样条函数拟合检测路径与曲面,根据扫查步长和图像序列关系计算超声图像数据点的空间位置以生 成超声点云集。 最后利用体素化降采样方法对超声检测结果进行重建,实现复合材料内部缺陷的三维成像。 实验结果表明,本 文方法的缺陷成像结果与 CT 检测结果的平均误差为 1. 14 mm,能够快速准确地重建缺陷的位置、形状与尺寸信息,实现复合材 料曲面样件内部缺陷的精确表征。     

Gyroid结构力学性能及数值收敛性研究

为了更好地揭示三周期极小曲面（TPMS）结构设计与力学性能参数之间的对应关系,研究了螺旋二十四面体Gyroid结构（GCS）不同网格参数的数值收敛性和不同排列方式的力学性能。设计了体积分数和胞元尺寸固定的GCS试件;基于单元参数变化的体素化模型,使用有限元方法对GCS进行收敛性分析;通过试件拉伸试验验证了仿真的正确性;最后以拉伸和弯曲工况研究了GCS在不同排列形式时的力学性能差异。研究结果表明：仿真分析与试验之间的抗拉强度、极限载荷误差在1.5%以内;基于体素化方法,调整雅可比参数值可显著降低收敛时的单元数量。对变厚度GCS力学性能做了定量分析,拉伸工况中,针对4×4×4结构,其等效弹性模量沿厚度方向变化最大可达14.41%;弯曲工况中,针对20×4×4结构,等效弹性模量最大差距为21.25%。     

离散场的一种快速体绘制方法

针对大规模离散数据场的特点,首先给出了三维直线的两种体素化表示方法,然后建立了三维离散直线的基路径,并提出了基于基路径的直接体绘制方法。该方法由于充分利用了射线之间的相关性,所以可明显加速体绘制过程,且对高分辨率离散数据场有普遍的应用价值。     

Efficient and effective cage generation by region decomposition

Cage‐based deformation has become a popular method for shape deformation in computer graphics and animation. To edit a shape first requires a cage to be built to envelop the target model which is a tedious work by manual approaches. In this paper, we develop an automatic method to generate the cage for a model using voxelization based decomposition. We first voxelize the input model, and then use the seed filling algorithm to group the inner voxels. By dilating the inner voxel groups, we decompose the model into broad regions and narrow regions. Then we construct partial cages using different strategies and unite them to get a cage. Experiment results demonstrate that our method is effective, efficient as well as robust to model transformation. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于体素模型的3D打印支撑算法

3D 打印技术是通过对材料的逐层堆积来构建物体,但对模型悬空的区域需要添加 支撑结构。支撑结构不仅会造成打印材料的浪费,而且会延长打印时间并对模型外表有所损伤。 为此,提出一种基于体素模型的支撑算法,针对体素化后的模型,分析体素之间的相互支撑作用, 并引入体素支撑能量函数概念和计算方法,计算出需要添加支撑的体素,从而得到需要添加支撑 结构的区域,并由该区域生成支撑结构,之后通过实验对算法进行验证。实验结果显示该算法能 够更加准确地对模型生成支撑,同时,基于体素模型的支撑算法对于模型内部支撑计算,也具有 很好的适用性。