激光三角网格点云孔洞曲面修补方法

三维激光扫描点云在采集和处理后生成的三角化网格,由于测量设备限制或模型自身形状特点常包含孔洞,这类孔洞会给后续三维重建带来障碍.针对孔洞修补问题,提出了一种激光三角网格曲面点云孔洞修补算法.首先对封闭孔洞通过遍历三角网格确定三角面片边界,检测孔洞.其次基于最小角度法在孔洞多边形处快速生成新三角面片,形成初始网格.然后融合最小二乘网络与径向函数隐式曲面,利用最小二阶导数对曲面曲率进行最小化,并与原始网格曲率变化趋势保持相同,最终实现激光点云孔洞修补.实验结果表明,与其他点云修补方法相比,该方法降低了修补误差,适用于多种三角网格模型孔洞修补.     

NURBS曲面在电大尺寸RCS计算应用中的改进

NURBS曲面建模技术的应用是电磁散射计算中的重要研究内容.基于NURBS控制网格的剖分和规划处理,简并相似的计算,提出一种将基于NURBS建模的曲面转化为分段Bez-ier面片的高效算法,简化了该过程的复杂度和计算量.结果表明该算法保持了良好的通用性和准确性,且曲面次数越高,控制顶点越多,在计算量上的优势越明显.     

一种NURBS曲面转化为Bezier曲面片的改进算法

NURBS曲面建模技术的应用是电磁散射计算中的重要研究内容.基于NURBS控制网格的剖分和规划处理,简并相似的计算,提出了一种将基于NURBS建模的曲面转化为分段Bezier面片的高效算法,简化了该过程的复杂度和计算量.结果表明该算法保持了良好的通用性和准确性,且曲面次数越高,控制顶点越多,在计算量上的优势越明显.     

LUDWIG算法的改进与应用

Ludwig积分在雷达散射截面(RCS)计算中被广泛应用.传统的Ludwig积分针对基于三角形面元的模型剖分技术,因此主要用于平面片积分.三角形面片由于是平面片,因此无法对复杂模型准确建模.本文改进了Ludwig积分,并将其用于基于NURBS(非均匀有理B样条)技术的曲面积分.通过计算实例可以看出改进后的Ludwig积分形式适用于基于曲面建模技术的物理光学(PO)算法.     

Scheme语言的LED自由曲面透镜快速建模方法

传统的自由曲面透镜建模通常需要多个软件共同协作完成,其建模过程繁琐,且由于不同软件之间的不兼容会导致模型在导入光学仿真软件时出现微小形变。提出一种在光学仿真软件中利用Scheme语言直接进行快速建模的LED自由曲面透镜建模方法。根据光源辐射特性和需要实现的照明面上的能量分布,采用划分网格法,利用Snell方程和能量守恒定律, 沿经纬方向分别迭代求解, 在得到自由曲面各节点坐标后,分别采用3D建模软件和Scheme语言编程构建透镜模型。通过光学仿真软件,模拟计算了100万条光线,直径1mm的光源在距离地面10 m、面积为40 m10 m的照明区域内的照度分布。结果表明:利用Scheme语言在光学仿真软件中直接快速建模避免了模型从3D软件导入光学仿真软件时产生的微小形变从而使光照均匀度由67%提升到93.5%。同时Scheme语言编程建模仅需5 s,建模速度远高于3D建模软件。     

复杂平面多孔模型的等几何分析

基于NURBS的等几何分析法在模型设计和分析阶段使用相同的几何描述,具有诸多优点。但由于NURBS曲面的局限性,使得其无法有效对多孔模型进行建模和分析。为解决上述问题,文中采用一种模型分片-拼接的方法,在对多孔模型建模过程中采用手工划分和自动划分两种方式把模型分割成若干个容易用NURBS表达的曲面片;然后在分析过程中将上述曲面片进行拼接和控制点自动编号,在保证整体C₀连续的情况下,实现了多孔模型的建模和等几何分析。将分析结果与ANSYS所得结果对比可知两种方法的结果相近,证明了新方法的有效性。     

二维静电场问题的面片拼接等几何分析方法研究

等几何分析方法在求解静电场问题时,实现了几何模型和计算模型的统一以及自适应网格划分过程,然而受制于单个NURBS曲面片拓扑的局限性,单片等几何分析方法难以处理含角点非凸几何域静电场及多媒质静电场问题.本文基于面片拼接技术,将单片等几何分析方法扩展到多片,并用来求解二维含角点非凸几何域静电场及多媒质静电场问题,NURBS曲面片拼接处的控制点和网格细分前后要求必须匹配.由于NURBS基函数不满足插值性,在非齐次Dirichlet边界条件的处理上本文采用Lagrange乘子法进行处理.数值算例表明：修正后的多面片等几何分析方法可以很好地处理二维含角点非凸几何域静电场及多媒质静电场问题,且相比传统的有限元法,该方法具有自由度消耗小、精度高、收敛速度快等优点.     

采用激光扫描点云拟合自由曲面的重构特性研究

三维激光扫描仪可快速获取物体表面离散点云,研究了离散点云曲面拟合以及提高曲面品质的方法.讨论了控制点、曲面阶次、节点数等因素对曲面重构精度的影响,控制顶点的增减与位置改变直接导致重构曲面控制网格的变化和曲面拟合精度,对于百万点云数量,剖分为100个四边域面片,选用60～80个控制点比较适宜.通过提高曲面拟合阶次和节点数...     

基于超混沌系统的三维网格模型几何保留加密算法

提出一种基于内容的三维网格模型的加密算法。加密过程将三维网格模型根据超混沌映射分别对网格面片构成置乱和网格顶点坐标扰动,从而获得加密后的三维网格模型;解密过程则利用密钥作为初始值生成超混沌系统,对网格顶点坐标和面片构成进行逆向恢复,从而获得解密后的三维网格模型。所提的加密和解密形式灵活,加密后的模型亦可渲染显示,且抗破译能力强,可对广泛应用于影视动画、艺术设计、工业设计以及医学设计等不同领域的三维网格模型进行保护。     

基于面片拼接的等几何分析方法求解波导本征值问题

基于NURBS的等几何分析方法集成了计算机辅助设计(CAD)和有限元方法的优点,CAD模型、网格划分和数值仿真均采用同样的几何描述.然而,由于单个NURBS曲面片拓扑的局限性,单片等几何分析方法难以处理介质分布不均匀以及截面形式复杂的多连通区域问题.本文基于面片拼接,将等几何分析方法用来求解此类问题的波导本征值.细分前后,NURBS曲面片拼接处的控制点和网格必须匹配.通过Galerkin法来离散波导本征值问题的Helmholtz控制方程,计算结果表明该方法具有自由度消耗小、精度高、收敛速度快等优点.     

3DS MAX4的建模系列之五：建模总结篇（上）

营造三维虚拟的世界,建模是第一步,也是最关键的一步。这是一个“从无到有”的阶段,此后的所有关于材质、贴图、灯光等重要的制作步骤都是在此基础上完成的。最常见的建模方法是:多边形建模、NURBS建模、面片建模和变形球建模。建模时使用这四种不同的技术,得到的结果可能是无穷的。尽管如此,掌握每一种方法的工作原理以及该方法的长处与不足,会有助于你在设计时作出恰当的选择。需要     

NURBS曲面建模的电大目标的宽带RCS快速计算

该文采用物理光学方法(PO),快速计算了非均匀有理B样条 (NURBS) 曲面建模的电大目标的时域瞬态散射和宽带雷达截面(RCS)。通过对频域物理光学散射场表达式进行逆傅里叶变换推导出卷积形式的瞬态散射表达式;对频域物理光学积分进行逆傅里叶变换得到时域物理光学积分的表达式。为了避免数值积分的使用,将NURBS曲面等参数离散为一组三角面片,运用Radon变换得到了时域和频域物理光学积分的精确闭式表达式。遮挡消隐时使用改进的z-buffer方法进行了加速。对时域瞬态散射场快速傅里叶变换得到目标的宽带RCS。文中计算了高斯脉冲平面波入射下模型的瞬态散射响应和宽带RCS,数值结果表明该文方法具有很高的计算精度,且计算速度快于传统时域物理光学法(TDPO)。     

THz全尺寸凸体粗糙目标雷达回波散射建模与成像仿真

回波仿真是研究雷达成像体制、算法及后续应用的前提条件,目标散射建模又是回波仿真的重要一环。在THz频段,目标常常具有超电大尺寸,这使得利用经典电磁计算方法面临现实困难。而波长的减小使得目标表面粗糙起伏成为不能忽略的因素,这使得传统基于点散射模型的回波生成手段难以适用。如何对目标进行THz散射建模及高效的雷达回波生成成为亟待解决的问题。该文提出了基于面片分级的半确定性建模方法,采用粗糙面全波法计算面片的散射场,再将各面片散射场转换至目标坐标系并相干叠加得到带有相位信息的雷达回波。利用小尺寸粗糙模型,通过与高频数值方法进行对比,验证了该文方法的有效性,并给出了全尺寸锥体的成像结果。初步解决了THz频段全尺寸凸体粗糙目标散射建模及回波生成问题,为后续成像体制和算法研发打下了基础。      

利用网格卷积特征的三维形变目标分类

三维目标的形状变化给目标识别带来很大挑战,同时三维网格模型的不规则数据结构难以直接应用卷积运算提取三维目标特征.对此,本文提出了一种高效的三维形变目标的网格卷积特征表示方法,准确提取形状信息并进行分类.首先通过网格卷积运算获得形变目标中典型局部曲面形状分布,其次通过马尔科夫链对曲面形状的空间共现关系建模,从而形成三维模型的全局特征描述,最后采用支持向量机实现形变目标分类.该方法将连续多项式函数作为卷积模板,实现针对不规则数据结构的网格卷积运算,并且给出了卷积模板参数的无监督学习方法.在标准非刚性三维模型数据集SHREC10与SHREC15上的实验结果表明本文方法能有效提取三维网格模型的形状信息,分类准确率分别达到了92.88%与96.54%.     

一种基于单层包络控制的三角形网格简化算法

三维物体的几何造型中,物体通常用三角形网格来描述.对于复杂物体的三角形网格模型,如人脸及人的各种器官的三维几何模型、各种动物的三维几何模型,其庞大的数据量给存储、传输以及渲染等方面带来了很大的困难,因而三角形网格模型的简化成为了当前国内外计算机图形学领域中的一大研究热点.本文在研究总结已有算法的基础上,提出了一种采用单层包络控制的三角形网格简化算法.该算法对Cohen提出的包络构造方法进行了改进,采用一维搜索中的二分法来逼近最佳偏移值,并且采用内层单包络来控制简化误差,从而有效地改善了算法的性能.实验结果表明,采用本算法简化的三角形网格模型,不仅可大大地减少三角形面片数,而且有一个较低的算法时间复杂度.     

MAYA细分建模——特点、方法与实践

建模是整个三维动画制作工程的起点,传统的三维建模方法主要有两种：Nurbs（曲线曲面非均匀有理B样条）建模和Polygon（多边形）建模。Nurbs适合制作外表光滑流畅的工业模型,模型复杂度较低（对于计算机而言）,但对于细节很多的物体则有些力不从心,在处理接缝和面面连接处时需要相当的技巧,导致其高端模型的建模过程非常复杂;     

三维介质体及薄理想导体曲面的FDTD建模

提出了一种基于场量位置的平均网格电参数法建模任意形状的介质体,引入辅助磁场和电场分量建模薄理想导体曲面的三维FDTD建模方法.采用提出的方法计算了介质谐振器和圆锥喇叭天线.与已发表文献中的结果比较,表明了计算结果的正确性,也验证了提出的建模方法的可靠性.     

流场压缩感知渗透率计算

石油工业需要通过CT扫描得到多孔材料模型的渗透率,但计算模型的网格数量通常非常巨大,一般大于2000×2000×2000体素,使用微型计算机难以在短时间内求解流体力学问题.采用低密度的网格降低模拟所需要的计算量,再使用一种数学上的拟合恢复算法将模拟结果恢复到高精度网格上,可以实现使用低性能设备短时间完成流体模拟任务.文...     

一种新的无线电波传播路径损耗模型

使用渗流网格建模无线电波的随机传播环境,在此基础上使用随机射线方法,从概率论的角度得到若干路径损耗的解析公式.经过与经典路径损耗模型以及其他由非波动方法得到的路径损耗模型的比较之后,从逻辑上推断出一个新的路径损耗模型.对新模型中参数的取值范围进行了讨论和分析,最后使用城市密集传播地区的测量数据验证新的路径损耗模型的精确性.     

3DS MAX4的建模系列之二Nurbs建模可爱的史努比

Nurbs是一种非常优秀的建模方式,高级三维软件都支持这种建模方式.Nurbs能够比传统的网格建模方式更好地控制物体表面的曲线度,从而能够创建出更逼真、生动的造型.Nurbs曲线和Nurbs曲面在传统的制图领域是不存在的,是为使用计算机进行3D建模而专门建立的,在3D建模的内部空间用曲线和曲面来表现轮廓和外形.由于这种建模方法特别适合制作卡通,所以在当今电视广告的角色以及虚拟主持人制作上运用非常广泛.