IHLS颜色空间的灰度化全局非线性三向映射

为了减少彩色图像转化为灰度图像过程中颜色信息的损失,基于人眼感知明度的视觉模型,提出一种全局灰度化方法.首先使用彩色图像的IHLS颜色空间,建立了关于亮度、色度和饱和度3个因子的全局非线性映射模型;然后将该映射模型中全局参数的计算转化为一个能量函数的优化,其中第一个能量项度量了彩色图像和灰度图像梯度的差异,第二个能量项定义了图像中给定一个像素与其随机采样点集之间两两彩色距离与灰度距离的差异;最小化上述2个能量项可以通过3个因子的迭代算法进行求解.大量的实验结果表明,该方法可更好地反映人眼对彩色图像的感知,使得灰度转化结果更加贴近颜色的感知明度.     

球域Bézier曲面的精确边界及其多项式逼近

为全面控制产品表面与理论曲面之间的偏差,引入球域Bézier曲面的定义,作为圆域Bézier曲线在三维空间的推广形式.根据经典微分几何中双参数曲面族的包络原理,运用球面参数坐标和Cramer法则,给出了球域Bézier曲面边界的精确数学显式表达式.依据函数逼近论中Legendre多项式的正交性,得到了采用多项式形式表示的球域Bézier曲面的精确边界的最佳平方逼近.进一步利用Legendre基与Bernstein基的转换公式,采用计算机辅助设计(CAD)系统中常用的Bézier形式表示球域Bézier曲面的近似边界.该算法表示简单,易于实现.通过具体实例对逼近效果进行演示与分析,结果表明该算法的逼近误差小,效果好.     

B-样条函数极小曲面造型

极小曲面在建筑、航空、轮船制造等领域有着重要应用,但由于极小曲面表示复杂,给实际应用带来了很大的困难.研究了具有给定边界的极小曲面的B-样条函数曲面逼近.基于非线性约束优化方法和有限单元方法,求极小曲面方程的近似解.在算法中使用数值延拓方法,使非线性问题的初值选择问题自动化,同时,使用一个简单的线性化策略对非线性问题进行线性化.给出了几个数值结果.     

基于非均匀Catmull-Clark细分方法的曲线插值

带有复杂型曲线插值约束的细分曲面的生成,是计算机图形学及几何造型技术等领域所关心的一个问题.鉴于此,提出了一种高效的可以插值三次NURBS曲线的细分曲面生成方法.只需在被插值曲线的控制多边形两侧构造具有对称性质的四边形,构成对称网格带;证明了对该对称网格带应用Sederberg等人提出的非均匀Catmull-Clark细分规则以后,它将收敛于这条被插值曲线.因此,含有这种对称网格带的多面体网格的细分极限曲面即为满足曲线插值约束的细分曲面.应用该方法,既可以插值单条NURBS曲线,也可以插值由多条NURBS曲线组成的曲线网格.因此,该方法广泛适用于产品外形和图形软件设计.     

三次B啨zier曲线间的几何延拓算法

在保持几何连续及光顺的条件下,将一条已知的三次B啨zier曲线延拓到另一条与其不相邻接的三次B啨zier曲线,其中间媒介同样是三次B啨zier曲线,可以是一条,也可以是2条,而且其形状可以由用户加以调整·同时利用几何拼接的条件构造出形状可调的延拓曲线,进而对近似于曲线弧长、曲线能量、曲率变化率的几类目标函数分别极小化,以生成各种光顺的曲线·     

用双圆弧逼近两条相容圆锥曲线的卷积曲线

基于2条相容圆锥曲线的卷积曲线并不一定能够被有理曲线表示,给出了一种新的逼近该卷积曲线的方法--圆弧逼近方法.先用分段标准圆弧来逼近原来的2条相容的圆锥曲线,再把得到的分段圆弧作卷积运算.该方法不仅能够使得逼近曲线是有理2次,而且能够先验地确定逼近的误差上界.数值例子结果表明,文中方法在数控加工和数控绘图中比较有效.     

基于自适应细分的保刚性变形算法

为了对二维平面形状进行变形,提出一种高效的基于自适应细分策略的保刚性变形方法.首先通过显式求解变形问题中需要的旋转矩阵,使其计算效率高于原始的采用SVD分解来计算旋转矩阵的方法;其次采用一种局部的细分策略,对在变形过程中遭受拉伸扭曲较为剧烈的区域中的三角片进行自适应的加细可以显著地减少输入网格的扭曲程度,获得更好的变形结果.文中方法对传统的ARAP变形方法上进行了改善,使之在变形结果的质量和算法的效率之间达到较为理想的平衡状态.     

带边界约束的4片相邻三角Bézier曲面的近似合并

基于Jacobi基的性质以及条件极值问题的求解,对4片相邻三角Bézier曲面进行了近似合并.首先利用Jacobi基的正交性及其与Bézier基之间的基转换矩阵,得到合并前后三角Bézier曲面距离函数的L2范数;为了保证合并前后三角Bézier曲面在边界C0连续以及角点处高阶连续,控制顶点必须满足一系列线性约束.为得到与原曲面距离最小的近似合并曲面,只需要利用Lagrange乘子法解决带线性约束的条件极值即可.合并三角Bézier曲面的控制顶点可用矩阵显式表达,且合并的逼近误差可由合并前后曲面距离函数的L1范数形式精确给出.通过提高合并三角Bézier曲面的次数,可减小合并误差、改善合并效果.数值实例表明,该方法计算简单、直接,适用性强,逼近效果佳.     

旋转圆锥网格及其在玻璃/钢结构中的应用

圆锥网格是计算机辅助建筑设计中一类新的平面四边形网格,具有良好的等距性质,非常适用于玻璃/钢结构,而旋转曲面是建筑设计中的常用形状.通过引入旋转圆锥网格的概念,并利用圆锥网格的定义,给出了构造旋转圆锥网格的简单方法.证明了只在旋转曲面r(u,v)=(f(u)cosv,f(u)sinv,g(u))的v参数方向进行均匀分割,而在U参数方向进行任意分割,则所产生的平面四边形网格为圆锥网格;并研究了旋转曲面为圆锥曲面和圆柱曲面的特殊情况;最后给出了基于旋转圆锥网格的玻璃结构造型实例.该方法简单易行,对计算机辅助建筑设计中的玻璃/钢结构造型有一定的实际应用价值.     

5阶三角多项式空间中的拟Bézier基在三角域上的推广

为了进一步研究非多项式空间的拟B啨zier基,完善其关于三角域部分的理论,将5阶三角多项式空间G=span{1,sint,cost,sin2t,cos2t}上的基推广到三角域上,构造出满足正性、权性、对称性、边界性质和线性无关性的拟B啨zier基,使得相应的三角曲面不用有理形式就可以表示球面片.实例结果表明,使用这组基可以精确地造型出整球面.