基于Java Servlet方式的等值线生成系统的设计与实现

本文研究了webGIS下基于Servlet方式等值线的绘制方法。在讨论了等值线生成的基本算法,包括离散点的网络化、等值点的确定与搜索、未知点的插值以及使用矩形网格进行边界裁剪等方法的基础上,设计和实现了基于Servlet方式的等值线生成系统。     

基于Fork/Join框架的等值面快速生成并行算法

针对传统串行等值面提取算法在处理离散点数量多、网格点密度大的数据时生成效率差的问题,提出一种新的基于Fork/Join框架下的等值面快速生成并行算法。通过对传统串行算法中的关键步骤进行并行计算可行性分析,提出可以实施并行计算的四个单独步骤:离散点数据网格化处理、等值点计算、等值线追踪与光滑、等值面标记识别。通过将并行计算作用于等值面生成的这四个步骤中,减少了等值面计算的执行时间,加快了等值面的生成速度。实验结果表明,在数据计算量较大时,与传统串行算法相比,并行算法能在2秒内快速生成等值面,最大加速比高于5.0,提高了等值面的生成效率并取得了良好的绘制效果,满足了高实时性的业务需求。     

一种基于TIN的等值线快速生成算法

基于TIN生成等值线图是利用有限的离散空间信息恢复地质属性和地学变量空间分布状态的重要手段之一,其时间效率主要取决于起始等值边查找与等值线追踪。通过构建以TIN三角面片单元为节点的红黑树,将起始等值边查找的时间复杂度由[O(M×N)]提高到[O(lbN)];基于散列与半边数据结构重建TIN拓扑,根据TIN中“边-面”拓扑关系,在等值点内插计算的同时完成等值线追踪。实验及应用表明,算法时间效率高,生成的等值线精度可靠,可满足大数据量条件下等值线快速生成的需要,具有广泛的实际应用价值。     

基于距离倒数加权法的等值面绘制简化算法

对常用的几种等值面绘制算法进行了分析,考查了其计算的复杂度,提出一种基于距离倒数加权的简易算法.该算法的基本思想是:利用计算机图像的像素离散性,结合实际工程应用上有一些情况中采样点位置稳定不变的特点,不需要先生成等值线,而是逐一扫描所有像素,以简单的函数计算其等值面彩色值.通过与已知曲面函数的理想等值面对比分析表明,该算法在采样点达到一定密度时拟合较好.给出了主要数据结构和算法的C语言实现.     

一种基于网格延展法的等值线生成算法

已有等值线生成算法研究存在算法复杂、不健壮,实现难度大,或与应用系统集成难度大,应用不灵活等问题,以雨量等值线生成算法为例,介绍一种基于网格延展法的等值线生成算法。基于网格延展法的等值线生成算法,通过网格延展法实现等值面的提取,并使用一种简单的方法实现等值线平滑计算,整体等值线生成算法简单、易于实现;基于规则网格进行空间插值计算,对研究区域数据点分布具有很强的适应性,算法表现出较好的健壮性;无须进行等值线边界裁剪计算,也无须考虑等值线追踪时出现的分叉、连通域等问题,可大大减少等值线生成的计算量,降低等值线算法的实现难度;同时计算过程多数是对二维数组的操作,可以使用多种计算机语言实现,具有较好的生产应用价值。     

求NURBS自由曲面的等值线─—一种基于极值点的追踪方法

复杂自由曲面的等值线是刻划曲面几何形状的特征线簇之一，有助于可视化建模过程评估其数学物理模型．本文提出一种基于极值点求追踪始点的方法，对Ｓ．Ｇ．Ｓａｔｔｅｒｆｉｅｌｄ的求等值线方法做了重要改进．对ＮＵＲＢＳ曲面片的边界上的极值点及曲面片内的极值点进行扫描分析，可快速地求出全部等值线的切矢追踪始点，从而避免了百目搜索和重复追踪．此算法具有严格的理论分析，能保证正确性，具有一般应用价值．     

面向数控加工的面等值自动分片方法

针对自由曲面在各工程领域应用时广泛进行分片,但很少关注其高精度边界线的快速生成问题,提出一般性的面等值分片原理及基于逐点跟踪的边界线生成方法.首先以基于曲面参数域等积三角剖分的重心采样法快速查找初始界点;然后以初始界点为起点,沿边界线延展方向逐点跟踪检测以构造有序离散界点集;最后将界点集样条插值生成边界线,并分割曲面.在此基础上,建立了面向加工的面等值自动分片算法.通过实例测试,验证了文中方法的可行性和有效性.     

一种基于矢量场结构的等值面构造方法

为得到非结构矢量场中的等值面图像,给出了一种基于矢量场曲线结构的等值面构造新方法.算法利用矢量可视化映射过程中获得的曲线结构来组织数据并计算等值点,采取自适应聚类划分方法获得各个等值面包含的数据点集合后利用曲面重建算法来构造等值面.在计算等值点时,不但利用了数据场中各个数据点处的空间位置与场值大小,而且充分考虑了数据点处的矢量方向信息.实验表明,该方法能够稳定、有效地构造出非结构矢量数据场中的等值面.与基于体元的传统等值面构造方法相比,可以有效加快计算进程,得到更为准确的计算结果.     

点模型的几何图像简化法

提出一种基于几何图像的曲率自适应点模型简化算法.首先将点模型的球面极坐标映射到平面上,构造其几何图像;然后利用几何图像确定点模型中点的k-最近邻域及其曲面变分;最后结合曲面变分和简化密度对点集曲面重采样,并通过移动最小二乘曲面评估简化的误差.实验结果表明,该算法执行速度快、易于控制采样密度和保持曲面细节,且能够生成高质量的简化曲面.     

移动立方体算法面二义性问题研究

在三维表面建模技术中,Marching Cubes算法是应用最为广泛的方法之一。该算法简单高效,但是也存在一定的不足之处,比如面的二义性问题。构造等值面时,在特定情况下对相同的等值点可以采取不同的连接方式,就会产生二义性,这将使得生成的等值面拓扑结构不一致,导致物体表面模型有孔洞。针对这一问题,本文提出了一种基于插值点连线交点的解决方法,通过计算插值点连线交点的场函数值,唯一确定二义性面上等值线的连接方式,解决了面二义性,保证了等值面拓扑结构的一致。     

基于Delaunay三角网的等值线绘制算法*

提出了一种快速构建Delaunay三角网算法（QGDTN）。在每次迭代中,该算法从点集P最左边的两点中,选取离凸边中点距离最近的一点与凸边构成Delaunay三角形,并加入三角网中,算法实现简单,且时间复杂度为O(n)。基于Delaunay三角网,根据三角形的各边上是否有等值点,用内插值法求出等值点坐标,跟踪、连接等值点生成等值线;最后,采用三次方Bezier曲线平滑等值线。实验证明,基于Delaunay三角网的等值线绘制算法是高效的,并且具有一定的实用价值。     

面向无网格法的质点生成算法

介绍一种面向无网格数值模拟方法的质点生成算法。将四面体、三角形网格生成算法分别用于空间平面、曲面和实体模型,将网格单元的属性赋予单元内某一点作为质点,并生成对应质点集。为研究不同网格生成算法和质点生成算法对质点集的影响,提出一种质量评价标准,开展对不同算法组合的质量分析,得到网格生成算法和质点生成算法中的最佳组合。     

逆向工程中特征曲面的识别方法

提出了基于二次曲面拟合误差分析和几何属性分析的特征曲面识别算法。首先用一般二次曲面方程拟合测量数据并计算曲面的拟合误差,比较拟合误差与阈值的大小来识别自由曲面和一般二次曲面。然后计算测量点几何属并将它映射到高斯球和法曲率坐标上,运用统计方法识别不同分布模式,从而识别不同的特殊二次曲面类型。为了提高算法的效率和实用性,在计算测量点到拟合曲面的距离时,用近似距离代替精确的欧几里得距离。在识别特殊二次曲面时,优先识别平面。实例表明,该算法能有效识别自由曲面、平面、球面、柱面、锥面和过渡曲面等特征曲面。     

多裁剪自由曲面生成有限元网格的实现

论述了多裁剪自由曲面生成有限元曲面网格的几个关键技术.采用了推进波前法生成曲面网格,给出了核心算法;在曲面算法中运用了介于参数法与直接法之间的新方法.针对求解曲面上最优点的参数域反算问题,引入了切矢逆求方法,可使迭代次数大为降低.测试表明,该算法快速、稳定.对大型的多裁剪自由曲面生成的曲面有限元网格,可直接用于有限元计算.     

A novel method for sculptured surface subdivision

In this work,a novel method for sculptured surface subdivision to improve the machinery’s ability and efficiency in 5-axis CNC machining complex surface is introduced.The method subdivides automatically a monolithic convex or concave or simultaneously complex sculptured surface into a number of surface patches and achieves the goal of similar normal directions and small difference between the curvatures in every patch by using weight fuzzy cluster algorithm which takes the curvatures and normal vectors of the sculptured surface into account simultaneously.The inclination angle variation between every two Cutter Contact Points (CC Points) is decreased in every patch to avoid large-angle rotation of tool to save machining time when a flat-end mill is used.This work contributes to automating 5-axis CNC tool path generation for sculptured part machining and forming a foundation for further research.     

可展Bézier曲面的设计

通过引入移位算子,利用de Casteljau算法,得到了可展Bézier直纹面是单参数平面族的包络的结论,并简洁地导出了两条边界曲线分别为n次和m次的空间Bézier曲线的直纹面为可展曲面的充分必要条件。提出了二次Bézier可展曲面的设计方法：给定可展曲面的4个角点a0、b0、a2、b2和两个自由设计参数?姿、?滋,则待求的2个控制顶点a1、b1是在前2个控制顶点a0、b0的线性插值点a*与后2个控制顶点a2、b2的线性插值点b*的连线上,并且也是a*、b*这2个线性插值点的线性插值,即这4点a*、a1、b1、b*共线。该设计方法简单,可以通过2个自由设计参数?姿、?滋方便地控制曲面的形状。实例说明设计效果良好。     

Generation of triangular mesh with specified size by circle packing

This paper describes an algorithm for the generation of a finite element mesh with a specified element size over an unbound 2D domain using the advancing front circle packing technique. Unlike the conventional frontal method, the procedure does not start from the object boundary but starts from a convenient point within the open domain. As soon as a circle is added to the generation front, triangular elements are directly generated by properly connecting frontal segments with the centre of the new circle. Circles are packed closely and in contact with the existing circles by an iterative procedure according to the specified size control function. In contrast to other mesh generation schemes, the domain boundary is not considered in the process of circle packing, this reduces a lot of geometrical checks for intersection between frontal segments. If the mesh generation of a physical object is required, the object boundary can be introduced. The boundary recovery procedure is fast and robust by tracing neighbours of triangular elements. The finite element mesh generated by circle packing can also be used through a mapping process to produce parametric surface meshes of the required characteristics. The sizes of circles in the pack are controlled by the principal surface curvatures. Five examples are given to show the effectiveness and robustness of mesh generation and the application of circle packing to mesh generation over curved surfaces.     

Improving three-dimensional point reconstruction from image correspondences using surface curvatures

Recovering three-dimensional (3D) points from image correspondences is an important and fundamental task in computer vision. Traditionally, the task is completed by triangulation whose accuracy has its limitation in some applications. In this paper, we present a framework that incorporates surface characteristics such as Gaussian and mean curvatures into 3D point reconstruction to enhance the reconstruction accuracy. A Gaussian and mean curvature estimation scheme suitable to the proposed framework is also introduced in this paper. Based on this estimation scheme and the proposed framework, the 3D point recovery from image correspondences is formulated as an optimization problem with the surface curvatures modeled as soft constraints. To analyze the performance of proposed 3D reconstruction approach, we generated some synthetic data, including the points on the surfaces of a plane, a cylinder and a sphere, to test the approach. The experimental results demonstrated that the proposed framework can indeed improve the accuracy of 3D point reconstruction. Some real-image data were also tested and the results also confirm this point.     

An integrated approach for range image segmentation and representation

This paper proposes an efficient method for the segmentation and representation of 3D rigid, solid objects from its range images using differential invariants derived from classical differential geometry. An efficient algorithm for derivation of surface curvatures, which are affine invariants, at smooth surface patches is proposed. The surface is approximated by Bezier and Beta-splines to compare qualitatively the proposed segmentation scheme. This scheme leads to derivation of surface features, which provides a very robust surface segmentation. An integrated approach represents the surface in terms of plane, quadric and superquadric surface.Experiments show excellent performance and together with the inherent parallelism make the scheme a promising one. Present experiments were conducted on some real range images where most of the parts of the object are planar.