基于形状骨架图匹配的文物碎片自动重组方法

为了有效解决文物碎片自动重组中由于断裂部位受损造成几何信息丢失,采用传统几何驱动方法容易失效的问题,本文提出一种基于形状骨架图匹配的文物碎片自动重组方法,将碎片匹配问题转化为碎片表面纹饰中非完整纹元的互补匹配问题.首先,通过提取文物碎片表面特征线得到碎片表面的纹饰信息;然后根据完整纹元的特征确定非完整纹元互补匹配的约束条件,采用视觉骨架剪枝的方法提取完全位于断裂部位的非完整纹元的形状骨架图,基于形状骨架图语法及匹配约束条件判定非完整纹元是否互补匹配;接着,将碎片上非完整纹元的顺序作为上层约束条件,采用基于带剪枝深度优先的搜索方法搜索匹配碎片;最后,以邻接碎片上非完整纹元间公共弦的端点作为邻接约束点,采用最小二乘法计算刚体变换参数得到碎片的初始位置,并采用迭代最近点方法将邻接碎片精确对齐.实验结果表明,该方法能够有效解决断裂部位存在缺损文物碎片的自动重组问题.     

熔丝沉积制造中稳固低耗支撑结构生成

熔丝沉积制造(Fused deposition modeling, FDM)是利用熔融塑料丝的一种3D打印技术,热塑料由喷嘴喷出逐层堆积完成打印.由于熔丝只能沉积在已存在物体的上层,因此需要构造支撑结构以支撑悬空部分.针对现有支撑结构生成算法中存在的或结构不稳固或耗材多的缺陷,提出一种以熔丝为支撑单位的树形稀疏支撑结构.与传统算法计算模型表面支撑区域不同,本算法计算每段熔丝需要支撑的区域,使支撑结构更契合熔丝沉积特点.算法还将支撑结构分为三类,将多约束优化问题分解,降低算法复杂度.实验结果表明,本文算法生成的支撑结构算法耗材少、支撑稳定.     

熔丝沉积成型中最优放置方向选择算法

在熔丝沉积成型制造中,调整物体放置方向可以改善制造后模型表面精确度,并能有效减少打印耗材和打印时间．但是现有最优放置角度算法很少兼顾这三因素．文中在考虑这三因素的基础上,同时分析人们对显著特征区域精细程度主观观感的不同,以及去除支撑时对模型的损害,提出了支撑体积耗材、模型表面打印耗材、打印时间、模型表面精细度、模型表面显著特征加权精细度、支撑覆着表面积等6项成型指标与放置角度的关系函数,并根据这6项成型评价指标函数构造最优放置角度目标函数;最后,求解最优化目标函数以获取最优放置角度．实验结果表明,该算法可有效计算各种条件下的物体最优放置角度,优化了制造物体表面的精确度,节约了打印耗材和打印时间,避免了部分后处理对模型造成的损害．     

碳基全固态离子选择性电极材料研究进展

离子选择性电极作为一种常见的电位型化学传感器,具有结构简单、制作成本低、易微型化、可穿戴化等特点,被广泛应用到工业分析、环境监测、生物医疗等领域。固态转导层作为全固态离子选择性电极的组成部件之一,对电极的性能起着至关重要影响。碳基材料具有良好的离子-电子信号转换效率和化学稳定性,被认为是理想的固态转导层材料。本文阐述了碳基材料在全固态离子选择性电极中的响应机理,综述了石墨烯、碳纳米管、多孔碳材料及其他碳基材料作为固态转导层材料的研究进展,分析对比了上述材料的导电性、电容性、比表面积、疏水性等性能,并展望了其未来的发展趋势。     

散乱点云谷脊特征提取

利用微分"化曲为直"的本质特性和离散计算方法,提出了一种基于局部重建的散乱点云谷脊特征提取算法。首先,利用离散Laplacian算子对点进行增强,通过阈值过滤标记潜在谷脊点。然后,在每个潜在谷脊点的局部邻域内构建紧附于潜在曲面、能反映该点局部几何特征信息的三角网格。最后,根据Weingarten映射的性质,估算潜在谷脊点的主曲率和主方向;将邻域大小作为尺度参数,利用简单直观的离散计算方法及线性插值方法,多尺度地判定一点是否为主方向上的曲率极值点,从而提取谷脊特征。实验结果表明:当点云规模为10 375个,谷脊点规模为1 129个时,执行时间仅为97.39ms;当点云规模达327 853个,谷脊点规模达到105 482个时,执行时间为3 956.12ms。该方法简单、稳定,避免了传统的利用拟合曲面再逼近微分量方法中由于曲面拟合带来的高时间代价,能快速有效地提取散乱点的云谷脊特征。     

3D打印中的模型分割与打包

为了提高3D打印技术中三维模型的打印效率,减少打印材料耗费,缩短打印时间,提出了一种全局最优的模型分割与打包算法。首先,将给定模型分割为若干金字塔形状的分块。然后利用一种改进的禁忌搜索算法寻找最优打包方案,尽可能地减少支撑材料的体积,根据分块体积给出利于全局优化的初始解,并通过控制邻域生成规则以及候选解集,使得搜索更加高效并大幅提高寻优速度。最后,将打印成型的各部件拼合成整体。实验结果表明:生成的打包方案节省了14%~38%的打印时间,节省了21%-46%的打印材料。该方法模型分割产生的分块个数少、打包高效合理,不仅有效地提高打印效率,还减少了打印时间和支撑材料消耗。