非均质点阵结构材料性能快速预测方法研究

随着智能设计方法和先进制造技术的快速发展,高端装备呈现出智能化、轻量化、多功能化、仿生化和制造一体化等发展趋势。虽然点阵结构具有轻质高强、减振降噪、抗冲击吸能等优异性能,然而其一直存在微观建模复杂且性能表征分析耗时的难题。为此,本文提出了一种基于切割水平集的非均质点阵微结构建模与数据驱动的材料性能快速预测方法。首先,每个微结构原型由一个水平集函数隐式表示,多个微结构原型组成一个复合点阵微结构,通过改变微结构原型的类型和数量可组合成多种非均质微结构构型。然后,采用均匀化理论计算点阵微结构的等效弹性矩阵并生成数据集,并通过神经网络建立其切割高度变量到等效弹性矩阵与体积分数之间的映射,所得代理模型可快速预测出点阵微结构的材料性能参数,从而替代昂贵的均匀化计算。实验结果表明,本文提出的预测方法可精确表征非均质点阵微结构,构建的代理模型可大幅减少点阵微结构性能计算成本,且具有较高的精度和鲁棒性。     

基于NURBS方法的气动外形优化设计

采用NURBS曲线曲面,对钝锥弹头和钝双锥弹体建立参数化曲面模型,取NURBS曲线控制点作为设计参数,应用高超声速面元法求解气动力特性,在给定设计约束下,采用遗传算法进行气动外形优化设计,并对优化结果进行了比较分析。结果表明,采用NURBS方法构造参数化外形,并结合优化技术可方便快速地获得所需最优外形;与应用二次曲线构造参数化外形相比,该方法对弹体形状控制更加灵活,并可局部修改弹头曲线形状。因此,基于NURBS方法发展整套的系统优化设计算法很有现实意义和应用价值。     

等距曲面的NURBS放样插值方法

本文给出了等距曲面的一种NURBS放样插值生成方法，该方法主要是在原始NURBS曲面上取得一个能较好反映曲面特征的型值点阵，再交这个型值点阵按某种算法矢方向外推，从而得到原始曲面的等距曲面上的型值点阵，然后，再用NURBS放样插值曲面来逼近等距曲面，本文给出的算法几何意义明显，易于编程实现，且得到的等距曲面其u向和v向参数曲线仍是NURBS曲线，且具有C^2连续性，最后，给出了一个实例。     

遗传算法在NURBS曲线拟合精度的研究应用

为实现非均匀有理B样条(NURBS)曲线形态的精确控制,在权因子对NURBS曲线的拟合精度控制过程中,引入了遗传算法.分别对遗传算法的全局并行搜索方式和曲线拟合精度的控制方法进行了深入研究.通过遗传算法搜索到权因子变化空间中的最优个体组,应用最优权因子使NURBS参数化曲线具有较好的拟合精度,从而达到曲线形状的合理控制.试验数据表明,通过运用遗传算法对NURBS曲线的权因子进行优化,使得曲线的拟合精度有了较大的提高.     

可编辑NURBS曲线在AutoCAD与CATIA间的相互转换

分析了AutoCAD中NURBS曲线的特点、相关的函数及参数,以及CATIA中NURBS曲线的手工交互绘制与VBA程序自动绘制方法。通过ACIS到IGES格式转换,将AutoCAD中的NURBS曲线转换成CATIA中的NURBS曲线,不再能编辑节点。提出通过提取AutoCAD中NURBS曲线的有关信息,在CATIA中进行二次开发编程,由指定NURBS曲线的切线、曲率参数来显示约束绘制的方法,直接生成NURBS,从而保证可编辑性。CATIA中的NURBS输出成IGES格式,经Gambit转换成ACIS格式,在AutoCAD中打开,经参数提取后反算出NURBS曲线的拟合点来,使其重具过拟合点的可编辑性,并对AutoCAD中用NURBS曲线拟合Polyline进行了探讨。     

基于骨架模型的植物根系三维构型可视化方法

为实现对植物根系的原位构型进行三维可视化和定量分析,针对根系分割区域数据导致可视化以及交互测量产生信息冗余等问题,提出一种基于改进骨架模型的植物根系三维构型可视化方法。通过建立根系稀疏云点骨架化模型,提出由原始切片分割数据对根系进行三维骨架化建模并可视化的方法。开发软件平台并通过实验验证了该方法可行性,模型对真实的原位根系具有理想的拟合效果,为根系构型参数的检测和定量分析提供了一种基础平台。     

自顶向下设计的多骨架建模方法

为了解决传统骨架模型设计参数传递路径单一的局限性,并且降低上下层设计单元之间的耦合性,提出自顶向下设计的多骨架建模方法.首先结合不同类型的设计参数定义位置骨架、发布骨架和设计骨架的概念,并阐述多骨架的特点;然后提出自顶向下分层递阶的多骨架建模方法,通过多骨架建模对设计参数进行分类管理和分层控制;最后阐述多骨架建模过程中设计参数传递方式和传递结构的优化,有利于参数的受控发布和设计单元的重用.对某气象卫星进行骨架建模分析的实验结果表明,该方法是可行和有效的.     

基于船型修改融合方法的参数化建模技术

为实现船体型线的优化,在船型NURBS表达的基础上,提出2种基于CAD/CFD船型优化流程的不同参数化建模方法.一种是直接以NURBS的控制顶点坐标为变量,实现船型的参数变换;另一种是以母型为基础开发船型参数化融合模块,实现船型的参数变换.利用iSIGHT软件,采用这2种参数化建模方法优化某集装箱船球鼻首部分.结果表明：船型修改融合方法是具有工程实用价值的参数化建模方法.     

基于参数驱动和自动剖分的体参数化模型构建

为实现计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助分析(CAE)的一体化,构建适用于等几何分析的模型,有关学者提出体参数化造型方法。针对体参数化模型构建过程中存在的操作烦琐、耗时长等问题,文章提出一种参数驱动体参数化模型快速构建的方法。首先,从草图中提取模型轮廓参数,利用提取到的参数构建模型的样条曲线轮廓,其次结合剖分算法对曲多边形进行剖分,最后将二维曲面映射到三维得到体参数化模型。实例表明该方法能够通过较少的模型参数快速得到体参数化模型,无须进行节点矢量等数据的重复输入。     

基于球B样条的3D人物角色建模与动画

提出一种新的人物角色的快速建模和动画的方法.通过使用球B样条实现以骨架为基础自动构建角色模型以及数据驱动的角色动画生成方法.给定人物角色骨架后,依据人体测量学根据骨骼长度计算出关节点处的半径.通过插值关节点以及半径生成球B样条曲线曲面表示的角色模型.根据所获取的运动数据(来自运动捕获),通过更新控制顶点来更新角色模型,从而实现角色的实时动画.     

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...     

激光选区熔化工艺晶格支撑结构快速建模

针对激光选区熔化成型工艺中的支撑结构,提出一种晶格单元自动填充生成支撑 的快速建模方法。首先,分别对两种典型晶格支撑结构--杆架结构和孔隙结构的组成单元实 现参数化造型,并建立支撑结构数字化模型;其次,设计实现杆件单元和孔隙单元的造型算法; 最后,提出一种单元自然生长算法,实现对支撑空间快速填充。实例结果表明,晶格结构可以 对不同类型金属产品结构实现有效稳定支撑;相比实体材料,平均可以节省 72%的材料用量, 具有重要的工程意义。     

基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法

晶格结构因其具备特殊的机械性能,已成为增材制造复杂结构设计和制造的重要研究领域之一.针对传统的模型晶格结构生成方法需要通过对参数化建模的晶格结构网格进行裁剪或对其网格进行保形变形实现,且生成效率较低的问题,提出一种基于参数曲面的增材制造保形晶格结构生成方法,实现晶格结构对曲面空间的适应和高效生成.首先,基于一种矩阵方法...     

Robust uniform triangulation algorithm for computer aided design

This paper presents a new robust uniform triangulation algorithm that can be used in CAD/CAM systems to generate and visualize geometry of 3D models. Typically, in CAD/CAM systems 3D geometry consists of 3D surfaces presented by the parametric equations (e.g. surface of revolution, NURBS surfaces) which are defined on a two dimensional domain. Conventional triangulation algorithms (e.g. ear clipping, Voronoi-Delaunay triangulation) do not provide desired quality and high level of accuracy (challenging tasks) for 3D geometry. The approach developed in this paper combines lattice tessellation and conventional triangulation techniques and allows CAD/CAM systems to obtain the required surface quality and accuracy. The algorithm uses a Cartesian lattice to divide the parametric domain into adjacent rectangular cells. These cells are used to generate polygons that are further triangulated to obtain accurate surface representation. The algorithm allows users to control the triangle distribution intensity by adjusting the lattice density. Once triangulated, the 3D model can be used not only for rendering but also in various manufacturing and design applications. The approach presented in this paper can be used to triangulate any parametric surface given in S(u,v) form, e.g. NURBS surfaces, surfaces of revolution, and produces good quality triangulation which can be used in CAD/CAM and computer graphics applications.     

内部结构自支撑的三维打印浮体平衡优化算法

为了使浮体能够在熔融挤压式三维打印机中一次成型,提出一种内部结构自支撑的浮体平衡优化算法.首先在给定漂浮姿势的输入模型内部,利用递归细分方法生成自支撑的格子结构,并把输入模型与格子结构组合为初始浮体模型.然后以初始浮体模型中格子单元体积为变量构建平衡优化方程,根据方程解算结果调整初始浮体模型中每个格子单元的体积,从而生成最终的浮体模型.实验结果表明,文中算法生成的浮体模型可以使用熔融挤压式三维打印机直接打印,打印的实体不但能够按照预设的姿势漂浮在液体中,而且具有较好的抗压能力;算法中的递归细分策略能够在模型内部产生较多的格子单元,具有节省打印材料的优势.     

基于解剖学的人手肌肉建模技术

为实现仿真手在运动过程中符合人手的生理特性及运动特点，文中通过分析手的解剖结构，总结控制手部运动和形状的约束参数．采用层次建模方法，先建立用线段表示的含有约束参数的手部骨骼模型，然后在此基础上根据手部的特征横截面确定特征多边形，采用NURBS面片拟合的方法建立依附于骨骼之上的肌肉模型。此方法建立的手部模型在运动仿真过程中，手部肌肉以对应的骨骼为轴线并随着骨骼各个参数的变化而发生相应的变化，最终取得良好的仿真效果。     

基于能量优化的NURBS曲面几何特征修改

NURBS作为曲面造型技术中的重要方法之一,在计算机辅助几何设计和计算机图形学领域中有着广泛的应用。针对NURBS曲面的几何特征修改,提出了基于能量优化的修改方法。通过对NURBS曲面的控制顶点进行扰动,以曲面的应力能改变为目标函数并使之最小化,实现了NURBS曲面上给定多个点处的位置、一阶偏导矢、二阶偏导矢和法矢等几何特征的修改。数值实例表明该方法用于微调时,可实现对曲面局部形状的多种修改效果,便于交互设计。     

Performing Efficient NURBS Modeling Operations on the GPU

We present algorithms for evaluating and performing modeling operations on NURBS surfaces using the programmable fragment processor on the Graphics Processing Unit (GPU). We extend our GPU-based NURBS evaluator that evaluates NURBS surfaces to compute exact normals for either standard or rational B-spline surfaces for use in rendering and geometric modeling. We build on these calculations in our new GPU algorithms to perform standard modeling operations such as inverse evaluations, ray intersections, and surface-surface intersections on the GPU. Our modeling algorithms run in real time, enabling the user to sketch on the actual surface to create new features. In addition, the designer can edit the surface by interactively trimming it without the need for retessellation. Our GPU-accelerated algorithm to perform surface-surface intersection operations with NURBS surfaces can output intersection curves in the model space as well as in the parametric spaces of both the intersecting surfaces at interactive rates. We also extend our surface-surface intersection algorithm to evaluate self-intersections in NURBS surfaces.     

Parametric Design and Expression Method of Hui-Style

In this paper, we propose a parametric modeling method to reconstruct the Hui-Style and solve the problem that the user can't effectively reconstruct the Hui-Style three dimensional models because of the various style and complicated structure of Hui-Style components. This model includes summarizing and defining a variety of Hui-Style components parameter types. Determine the relationship between the parameter according to building formulas and design the parametric modeling process. First, set the depth of platform as the given user value. Then, calculate the component properties and the corresponding size according to the style of the Hui-Style architecture components and the constraint relation between Hui-Style architecture components. This needs only one parameter that is needed as the basic parameter in this method and the entire modeling process can be achieved based on it. The experimental result shows that the proposed method can well solve the complex parameters relationship of the Hui-Style architecture components and help the general users to construct the Hui-Style architecture components more effective.     

基于深度学习的人体动作草图到三维骨骼模型重建方法的研究

为了提高三维人体骨骼模型的建模效率并简化交互规则,提出了一种基于深度学习的手绘人体动作草图到三维骨骼模型的重建方法。首先将三维骨骼模型渲染为二维图像来建立维度映射关系,进而使用图像分类方法识别手绘草图动作并根据维度映射实现三维骨骼模型重建。在实验中使用基于深度卷积神经网络对图像分类模型进行构建,使用浅层卷积网络作为训练单元,并使用逐级分类与分块训练策略加速网络收敛速度来提高训练效率。最后实验结果验证了该方法的可行性与有效性。