有限元法在人脸三维建模及表情动画中的应用研究

将机械工程中的有限元方法用于人脸的三维建模,利用人脸上提取的99个特征点和一些辅助点,用光滑的样条曲线模拟人脸表情肌分布位置连结成线,由线生成三角面片和四角面片组合的有限元建立的人脸几何模型.给该模型定义合适的单元类型、实常数等参数,定义能与人脸皮肤等效的材料属性,并在眼睛、嘴等动作敏感位置加一定量载荷求解,模拟人脸表情动作.从求解的应力图中可以看出,该几何模型变形均与人脸表情动作时皮肤弹性变形一致.该方法可以快速、准确的进行三维人脸参数化建模,可方便提取特征点进行人脸识别.这种建模方法为人脸三维建模提供了一种新的思路和可靠的理论依据,同时降低了后期人脸识别的难度.     

基于特征线素的三维建筑表意性建模

提出了一种基于特征线素的轻量级三维建筑交互建模方法,称为Fe-Wires 方法.该方法是一种基于形状文法的过程式建模方法,通过间接地输入和操纵建筑对象的特征线条来重构模型,克服了原有基于规则的建模方法交互能力弱的缺点.为了便于对复杂建筑对象进行交互调整,给出了基于轴向弹性约束的整体形变模型.区别于传统非线性约束求解方法,该方法只需求解一个二次凸规划问题,具有很高的求解效率.实验结果表明,该方法适用于建筑室内外交互建模的实际应用.     

一种新的基于易得图像建筑建模方法研究

为突破单纯运用立体视觉求解算法的诸多限制条件,实现建筑物三维造型的快速便利的建模,该文提出一种新的基于实体特征库的三维真实感建筑造型算法,在以易获得的单幅建筑场景图像作为输入的基础上,系统综合运用建筑场景中各组成实体的造型特征及参考库匹配技术,实现场景的三维造型以及真实感编辑与优化。该文建立实体特征造型库辅助识别二维图像中各个实体部件,并以该实体为造型的构造单元,通过匹配与编辑二维投影图,快速造型复杂和不规则的建筑场景。为解决常见的纹理贴图造型失真问题,优化三维造型的真实感属性,该文设计并实现了三维造型纹理与材质属性的编辑计算方法及实用工具。实验已证明该算法与系统综合体系设计的实用有效性,所研制的系统与优化工具可作为同类型的真实感造型与编辑软件的组件。这项研究成果对于建筑工程CAD与数字城市造型工作,具有重要的实用价值和广阔的应用前景。     

面向三维实体建模的MEMS设计方法

根据"所见即所得"的设计理念,提出了一种面向三维实体建模的MEMS设计方法,实现了从三维实体到系统级模型或工艺版图的设计流程,使设计者可以首先直接建立器件的三维实体模型,在完成有限元分析后,可以通过组件映射和宏模型提取的方式获得系统级模型,再通过自动版图转换得到相应的工艺版图.此设计方法可以提高设计效率,并且保证了模型...     

基于Web服务的分布式实体建模框架

为适应三维实体建模分布式广域化的要求、克服传统CAD软件在开放性和扩展性上的不足,提出一种基于Web服务的实体建模框架模型。针对三维实体模型数据量大的问题,给出一种混合的实体表征方法,基于Web服务提出分布式实体建模框架,基于Open CASCADE几何引擎开发相应的软件系统。实际产品设计证明该框架模型能提供一种实现网络三维实体建模的有效途径。     

空间目标几何与行为一体化建模方法

空间目标的三维建模包括几何建模和行为建模技术,是构建虚拟空间环境的基础。物体的几何建模方法目前比较成熟,但行为建模技术相对滞后。为实现虚拟空间环境中航天器的在轨运行仿真,该文提出了基于对象层次结构的实体三维几何与行为一体化建模语言（GBML）。该语言在定义基本图元的基础上,使用树状组件结构将空间目标的几何与行为参数进行表达、管理和绘制,以实现空间目标的几何与行为一体化仿真。最后基于OpenGL基本函数库,实现了可重用的支持GBML语言的模型处理组件ModelReaderCom。通过试验结果表明,该方法是有效的、可行的,可以广泛应用于各种虚拟环境中。     

交互的极线几何建模方法

讨论了一种基于图像的交互式几何建模方法，该方法利用手动方式标定模型的平行线、特征点，得到照相机参数，进而计算出模型的几何信息，并从图像中提取纹理，提出一种最优纹理选取算法，以确保拼接纹理的合理性，该算法主要应用于构造形状规则的模型，不需要知识照相机的内外参数，简便实用，实验结果表明，该方法在一定的场合下可以满足重建要求，重建出的三维模型具有照片真实感，并且能够实时漫游。     

正轴测投影反求建模研究

论文应用投影变换方法建立正轴测投影数学求解模型,提出一般伸缩系 数方法,实现了反求正轴测投影图的真实尺寸,再进行三维实体建模,达到原始设计不受 计算机约束,充分发挥人脑的想象力之目的。根据有立体感的正轴测投影图反求真实尺寸 后进行实体建模,生成二维加工图,这些过程由计算机完成,使之更符合设计从三维开始 的本质。     

基于平面曲面化的三维人脸建模方法

通过一幅正面人脸照片或者两副正交人脸照片得到人脸的参数,采用基于照片的特征点及轮廓参数提取的方法建立与原型三维人脸模型之间的匹配对齐,应用MPEG-4中定义的三维人脸参数,驱动三维模型生成真实感人脸,提出了一种平面曲面化人脸形变模型.结果证实该方法计算量大大减少,该方法不仅可以进行有效的真实感三维人脸建模,而且变形简单流畅,具有广阔的应用前景.     

基于算子系统的渐进式图像建模方法*

提出了一个基于单幅或多幅未校准图像的渐进交互式三维建模方法及相应系统。该方法的主要特点在于,按照一般人的建模习惯,由粗到细地通过图像重建目标三维模型,在确定大致形状的基础上,由用户添加或者修改投影约束与空间约束,并施加拓扑修改,逐步实现照相机定标,粗糙模型的求精,并最终完成对具有任意几何及拓扑物体的重建。在交互过程中,实时地求解几何参数与照相机投影矩阵,并在一个三维窗口中显示重建结果。     

结合三维视景的自定义位图动画实现

作为激光传输系统的关键环节,激光传输的建模和仿真具有重要意义.提出了一种利用三维视景的自定义位图动画实现激光传输仿真的新方法,该方法首先通过调用动态链接库将三维虚拟仿真与传统的二维数值模拟相结合,然后利用鼠标或键盘对虚拟场景中观测点位置或三维模型进行平移或旋转操作实现模型拾取,科技人员可以在看得见,摸得着的情况下修改模型的各个参数,并可以实时或离线显示计算仿真结果.该方法为科技人员提供了良好的人机交互界面,仿真结果也表明了该方法可操作性和有效性.     

三维GIS模型的分层表示及可视化技术研究

在分析目前三维GIS建模策略的基础上,根据矿山地质三维数据的特征,提出了三维模型的分层表示策略和基于OpenGL的可视化技术。给定原始的分层数据,结合离散网络模型自动创建控制点之间的拓扑关系,由此建立三维实体的表面模型,加载模型内部属性数据,实现到三维实体模型的转换。然后利用OpenGL造型系统对上述模型进行渲染,进行纹理、光照、消隐、阴影等计算,从而生成高真实感的三维实体模型。最后开发了一套三维GIS仿真系统,并结合实证数据进行了仿真分析。     

辐射屏蔽体的OpenGL三维虚拟实现

利用VC环境下OpenGL绘制三维模型的方法,对核电站的三维辐射屏蔽体进行虚拟实现,解决从实验室到现场操作的不便.介绍三维屏蔽体模型从3DSMAX转换到OpenGL的过程,克服3DSMAX构造模型的不可交互性,简化OpenGL中建模的复杂过程.在VC环境下,做出虚拟的操作面板,参数设置对话框,增加了沉浸效果.     

基于特征造型的重载货车辗钢整体车轮结构设计优化

为减轻重载货车车轮的质量、提高使用寿命,将常规的设计优化方法、参数化特征造型和有限元分析结合,进行重载货车辗钢整体车轮设计优化.以车轮轻量化为优化目标,基于特征建模方法确定设计变量,用有限元分析确定车轮强度和刚度的约束条件,建立辗钢整体车轮的设计优化模型.设计优化和参数化特征造型为有限元分析提供轮辐的几何尺寸,有限元分析主要进行优化后的车轮应力分析,并判断优化后车轮应力是否得到改善.参照＂GB 8601—1988铁路用辗钢整体车轮＂,采用通用CAD/CAE软件建立重载货车辗钢整体车轮的三维实体模型,对其进行设计优化,取得满意的效果.     

基于AUTOCAD的机器人参数化三维实体造型

提出以广泛使用的非参数化造型系统ＡＵＴＯＣＡＤ进行机器人参数化三维实体造型方法和修改方法,能方便灵活地生成符合需要的机器人及其工作环境的三维实体模型,将其用于机器人离线编程,该方法也适用于以ＡＵＴＯＣＡＤ进行其它开链结构系统的参数化三维实体造型。     

机场视景模型参数化建模方法研究

随着计算机虚拟现实和视景仿真技术的发展与完善,用于提高视景的逼真度和视觉效果的技术在飞行模拟机视景仿真中已得到广泛的应用。但是,基于Multigen Creator等3D建模软件构建机场模型的缺点日益凸显:人工收集机场数据、手工绘制机场拓扑图的建模方法耗时、费力、效率低、缺乏灵活性和可复用性。针对这些问题,结合机场路网结构的特点,将参数化的思想引入到机场路网三维建模过程中,提出了一种基于交通拓扑约束的机场路网参数化三维建模方法,设计并实现了基于该方法的用于视景的机场路网模型参数化建模系统。该系统已成功应用到机场模型建模工作中,建模速度较之传统方法有了显著的提高,而且制作出来的模型可以复用,系统在稳定性、可扩展性和可移植性方面表现出色,并具有很强的真实感和沉浸感。     

室内平面图分块矢量化与高效三维建筑建模

针对建筑平面图的栅格图像,提出了一种全自动生成三维建筑模型的轻量计算方法。应用平均积分投影函数(integral projection function,IPF)方法对光栅图像进行区域分块,有效地抽取包含墙体对象的子区域。改进了基于非细化的稀疏点像素矢量化(sparse pixel vectorization,SPV)方法,用于抽取墙体的位置和尺寸等信息。为识别出墙体上的门窗和孔洞等建筑部件,将问题转化为图像多分类问题进行求解,同时设计了高效计算方案,精确地定位建筑部件在图纸中的位置。基于识别结果,进行三维建筑模型的快速生成,并集成于笔者所开发的三维建筑快速建模原型系统,方便了三维数据的加工和处理。通过大量实例,验证了所述方法的性能和效率。该方法可用于数字城市、虚拟现实内容创作和公共安全等领域。     

三维螺纹造型的一种计算机建模方法

三维形体的计算机造型是计算机图形学的一个重要研究领域。三维螺纹是在科学技术和工程领域应用很广泛的一种较为复杂的形体。正因为其复杂,所以它在计算机上建模比较困难。本文具体地分析了螺旋线的形成过程、原理和螺旋线的数学模型以及螺纹车削成形的整个过程,在此基础上,建立了三维螺纹的一种计算机建模方法。从该方法的应用实践来看,本文提出的方法是成功的,效率也很高,具有较强的实用价值和良好的推广应用前景。     

基于周期性晶格的3D打印模型轻量化方法

为了获得3D打印模型节材效果和优化的物理力学性能,从晶格的形状多变性出发,提出了一种基于晶格的3D打印轻量化结构生成方法,由此产生的轻量化结构用来替代给定模型的实体空间.首先,提出了一种通用的晶格描述方法,进而对晶格的几何和拓扑特征进行个性化设计.其次,通过在模型包围盒内周期性排列晶格单元,构造出了实体建模所依附的拓扑...