三维模型检索中手绘草图轮廓特征的应用研究

为了能够在大量的三维模型中高效地检索出需要的模型,提出了基于手绘草图的轮廓特征实现三维模型检索的方法.首先对输入的草图进行预处理,提取草图平滑的轮廓;然后利用傅立叶变换对提取的草图轮廓进行降维处理,生成具有平移、旋转、比例缩放不变性的特征向量.利用动态时间规整方法计算特征向量的距离,比较手绘草图和3D模型之间的相似性.实验表明该方法具有较好的检索效率和检索效果.     

面向产品创新的3维草图设计技术研究

为满足草图设计过程中快速建模和简便交互的需要,提出了一种融合手势建模和轮廓建模优势的3维草图设计技术,主要包括基于单笔画的草图手势识别、2维草图识别规整、3维快速建模和模型编辑技术等.对忽略细节的3维建模采用自由手绘建模,而对于规则3维图形的建模则采用特征手势建模,以此支持快速建模.手势交互取代了传统的图形用户界面,更加符合设计师的草绘习惯.最后,开发了一个草图设计原型系统,并以杯子设计为例,验证了该技术和原型系统的有效性.     

空间凸轮机构轮廓建模方法研究与实现

将空间凸轮的圆柱(或圆锥)面展开,按平面凸轮轮廓曲线的设计方法求得展开轮廓曲线坐标,获得二维的凸轮轮廓曲线.基于SolidWorks中的包覆特征,以平面轮廓曲线为草图准确地将曲线包覆还原在圆柱(或圆锥)面上,以此建立空间凸轮机构的三维模型.以直动从动件摆动运动规律的圆柱凸轮机构为例说明建模的实现过程.     

基于体素模型的多孔结构骨支架快速建模

为解决组织工程骨支架多孔结构设计建模问题,提出1种基于体素模型的多孔体骨支架建模方法。基于CT断层扫描图像,采用MC算法3维重建骨支架三角网格模型;采用分区划分,逆向追踪求交分层算法,获取骨支架分层截面轮廓线段;基于离散采样法,对分层截面轮廓线段等距扫描线填充、离散,生成骨支架体素化模型;构建孔隙单元结构,以体素化空间为约束边界,通过孔隙单元"映射",构建出多孔骨支架模型。研究结果表明,所提算法可以快速构建出能够构建孔隙结构可控的多孔模型,从而为骨支架建模提供了1种可行性的方法。     

一种基于法向量分布特征的机械零件模型手绘草图查询接口

提出一种面向三维机械零件模型检索的手绘草图查询接口。首先,利用模型的法向量最大分布方向来辅助主成分分析（PCA）算法对三维模型的空间姿态进行旋转归一,使得模型投影视图和用户手绘草图的视角一致;然后采用一种二维图像相似性比较算法衡量用户草图和模型投影视图之间的相似性,从而得到与用户提交的查询草图相似的三维零件模型。实验结果表明所提出的手绘草图查询接口能够让用户快速地表达查询意图,且具有较高的检索准确性。     

三维机加工序模型辅助生成技术

为达到以三维工序模型作为机加工艺信息载体的目的,研究了三维机加工序模型的辅助生成方法。分析了工序模型生成的Petri网模型,划分了三维工序模型生成的阶段过程。面向机加工艺知识建立了工艺本体,面向三维建模知识建立了建模本体,并在两者之间构建了映射转换关系。提出了工序模型的正向生成方法和逆向生成方法。在正向生成方法中研究了面向2.5维和超2.5维加工特征的加工余量生成方法,在逆向生成法中分析了其应用方法和约束条件,从而辅助工艺员面向机加工艺知识创建三维工序模型。     

电容层析成像系统三维图像重建及其在两相流体积测量中的应用研究

探讨了电容层析成像系统中利用二维断层图像进行三维表面重建，并由三维图像求取两相流中离散相体积和观察其空间位置的方法。首先对二维断层图像序列进行轮廓抽取和细线化，然后进行轮廓匹配和轮廓插值并进行表面重建；最后利用三维图像求取两相流中离散相体积。初步的仿真结果表明，使用的三维重建算法简单，重建精度高，成像速率快，可以方便地观察离散相空间位置和计算出离散相体积。     

汽车模拟驾驶虚拟场景设计与研究

通过利用OpenGL图形程序库、VC++6.0、3DMax辅助建模等软件,对地形和汽车进行三维可视化仿真建模。该系统首先导入真实的DEM数据生成地形,通过建模软件辅助生成各种模型,加入地形检测和碰撞检测环节,选择例如纹理映射、雾化处理等优化手段,实现汽车行驶姿态实时变化、定位导航、位置检索和转向等功能,并能实时输出相关的俯仰角、侧翻角、位置坐标、方位数据,增强系统的实用性和沉浸感。最后,加入了汽车定位导航和位置检索功能模块,方便操作者更直观、更高效的快速定位、位置检索。     

基于测量点的草图平面与草图轮廓生成算法研究

提出了在 CATIA二次开发平台上 ,首先由测量点生成草图轮廓 ,再根据用户对设计意图的理解 ,按照正向设计的思路 ,反求结构件三维模型的思想。主要研究了基于测量点的草图平面的提取 ,草图平面上草图轮廓线生成的相关算法。并提出利用类似草图轮廓生成的算法 ,由测量点构造曲面上的若干截面线 ,并构造出曲面上的特征线 ,然后反求自由曲面模型的方法。     

基于同步建模的工艺设计

为了解决零件制造过程中二维工序图与三维设计模型不相关的问题,提出了基于三维模型的工艺设计方法。首先提取三维设计模型的设计特征,将其与加工方法相关联,并映射为加工特征,再根据工艺知识对加工特征合并、聚类和排序,生成工艺过程路线,然后以该工艺路线的逆过程为导向,采用同步建模技术依次构建工序模型,通过加工余量和加工特征与工序模型相关联,直至生成毛坯模型。以电机轴零件为例,快速、准确地建立三维工序模型,实现了三维工艺建模的自动化。     

小天体在轨渲染观测技术

提出了一种空间光场中小天体在轨序列图像渲染观测方法,综合小天体的表面反射特性、轨道特性与观测需求,提供目标在观测时刻的位姿序列、光照角度和相机特性等参数,生成符合探测器成像特性的物理渲染图像集.完成了三维基准模型的建立、反射特性文件的生成及物理渲染的光线追迹.由渲染图像真实度检验与地形三维建模实验,针对糸川小行星在特定观测时刻与位置的图像进行闭环模拟观测验证.实验结果表明,通过匹配重建模型的二维投影地形图,图像灰度值配准的平均均方根误差为0.1785,对应小天体地表0.0628 m左右的海拔高差.该渲染观测方法能够有效服务于小天体地形模型重建与相对导航闭环分析环境的搭建.此外,为满足在轨快速解算需求,提出了归一化光谱与灰度响应的快速转化方法,在精度不变的情况下,解算时间为3.48 s,由数小时缩短至秒级.     

卡尔曼滤波在单目相机运动目标定位中的研究*

单目相机运动目标定位是视觉跟踪的基本任务之一,视觉传感器对目标点位置的获取至关重要。根据单目相机针孔模型,将运动目标图像二维坐标,通过几何关系映射为相机坐标系的三维坐标。标定相机高度和旋转参数,在此基础上求得目标位置坐标。当运动目标被遮挡时,以匀变速运动为模型,根据先前位置信息确定加速度和速度,并对加速度进行自适应更新,建立运动目标状态方程,利用卡尔曼滤波算法预测目标位置。以预估位置代替真实位置,继续估计后续运动状态,在预估位置搜索运动目标,实现运动目标遮挡定位跟踪。实验结果表明,该定位方法具有可行性,当运动目标发生遮挡时,能够完成对目标的定位和跟踪。     

基子CT图像快速成型数据的构建方法

本文针对医学CT图像数据,提出了由CT图像构建快速成型数据的建模方法,确定了CT图像处理方案,即通过对断层图像的预处理、滤波处理、数据提取,生成断层图像轮廓,继而通过对轮廓优化和轮廓冗余数据去除,得到用于三维重建的二维轮廓数据,并在此基础上构造出可直接用于快速原型制造的三维STL数字模型.本文所提出的方法能够大大提高快速医学模型的构建速度.     

复杂非均质体参数化模型的切片及支撑点求解

针对复杂非均质NURBS体参数化模型(以下简称HNURBS体)的三维打印,给出切片及支撑点求解算法。首先构建复杂HNURBS体,实现材料信息连续可视化表达。对HNURBS体进行六面体单元采样,并和一系列切平面进行求交运算,通过截面边界轮廓的提取,得到单连通和多连通截面区域轮廓及内部材料信息的参数化表达。对相邻的两切片轮廓进行布尔运算,得到三维打印模型的支撑点添加位置。实例结果表明,算法能准确高效地生成复杂HNURBS体的切片数据及支撑点位置,从而为多材料实体三维打印提供技术支持。     

基于双向LSTM的复杂环境下实时人体姿势识别

提出了一种基于双向长短时记忆网络(long short-term memory, LSTM)的实时人体姿势识别方法。将OpenPose作为人体姿态估计模块获取人体的二维关节点数据,根据数据缺失情况判断人体是否处于遮挡状态。对于非遮挡情况,构建基于双向LSTM的分类器,将初始的二维关节点信息送入分类器进行人体姿势识别;对于遮挡状态,利用深度摄像机内参进行三维映射,构建躯干向量和关节角度,使用主成分分析对上述高维特征进行处理后送入分类器进行人体姿势识别。在KTH数据集以及实验室收集的包含5种人体姿势的数据集上进行验证,结果表明,该算法在非遮挡情况下准确率较传统模型以及深度学习模型分别取得了2.63%和1.08%的提升。在遮挡情况下准确率较传统模型取得了5.6%的提升。实现了在复杂环境下的人体姿势识别。     

一种基于Hough变换的快速圆检测算法

为加速轮毂轮廓圆的检测速度,提高轮毂自动化加工的效率,提出一种基于Hough变换的改进算法。该算法利用圆的先验几何特性,把采样点到三维参数空间的映射降低至二维,求得映射后距离各拟合直线最近的点,将其作为圆心点完成对轮廓圆的特征提取。实验结果表明:该算法不仅保留了传统Hough变换的优点,而且通过降低参数空间维数,使无效点带来的计算消耗大大降低,提高了检测效率,具有较高的应用价值。     

基于AutoCAD二维工程图装配的Solidworks三维建模应用

三维模型的建模速度在产品设计周期中占有较大比例.在Solidworks中装配AutoCAD绘制的零件各视角二维工程图,可减去Solidworks的草图绘制的工作量,大大提高Solidworks的三维建模速度,缩短产品设计周期,且可通过装配的零件二维工程图,检查三维模型的正确性.     

基于SolidWorks滚珠型弧面分度凸轮三维建模及运动仿真研究

目前自动化机械所采用的弧面分度凸轮建模精度比较低,凸轮驱动从动件振动比较严重,影响传动效率。对此,采取球形刀具切削凸轮三维建模方法,通过Matlab软件对凸轮从动件常见的运动规律曲线进行了对比分析,最终选择出优良的曲线。对优良运动规律曲线进行编程,输入到Matlab软件中进行计算,所得计算结果保存为文本格式文件,然后导入到SolidWorks三维建模软件中。根据空间许多三维坐标点创建成弧面分度凸轮的工作轮廓曲线,在工作轮廓曲线垂直方向建立一个圆,圆的直径大小等于滚珠直径,通过扫略切除凸轮毛坯实体,最终创建弧面分度凸轮三维模型。最后采用Solid Works对弧面分度凸轮与转盘滚珠进行装配及运动仿真,并与其他三维建模方法的运动仿真结果形成对比。对比结果显示,该方法不仅建模周期缩短了大约90%左右,而且仿真的运动精度与理论值符合度较高,因此为弧面分度凸轮三维建模提供了另一种研究方法。     

基子CT图像快速成型数据的构建方法

本文针对医学CT图像数据，提出了由CT图像构建快速成型数据的建模方法，确定了CT图像处理方案，即通过对断层图像的预处理、滤波处理、数据提取，生成断层图像轮廓，继而通过对轮廓优化和轮廓冗余数据去除，得到用于三维重建的二维轮廓数据，并在此基础上构造出可直接用于快速原型制造的三维STL数字模型。本文所提出的方法能够大大提高快速医学模型的构建速度。     

Sweep曲面离散建模技术研究

为了实现在3D打印的离散模型上直接进行模型的编辑和修改,提出了基于投影扫略的离散直接构建Sweep曲面的方法.首先在构建投影Sweep曲面之前运用积累弦长参数化方法对脊线离散点重采样,重新规划脊线离散点间的空间位置,改善了Sweep曲面的质量.其次,对于Sweep曲面拐角处的误差,给出了通过细分拐角曲面减小误差的方法.再次,对于基于二维草图构建的扫掠曲面所出现的局部自交,提出了一种扫略轮廓线提取算法,能有效检测并去除扫掠曲面的局部自交.最后通过实验证明,基于投影扫描的Sweep曲面连续而且光滑,细分拐角能改善Sweep曲面质量,轮廓线提取算法去除扫掠曲面自交的效果良好,能满足三维打印建模要求.