面向等几何分析的几何计算

等几何分析方法是一种直接基于CAD模型的精确几何表示进行物理性能仿真分析的新方法.文中从几何计算的视角出发,对等几何分析方法的基本框架,以及面向等几何分析的几何设计与计算的相关工作进行了介绍,重点介绍适合分析的计算域参数化、适合分析的新型样条理论、等几何配点法、面向等几何分析的并行计算等4个方向的研究进展.最后对需要进一步深入研究的关键问题进行了探讨.     

面向CAE的模型简化中的误差评估与边界补偿

通过分析由于模型简化导致分析结果产生误差的原因,提出一种简化模型的误差评估与边界补偿方法.首先基于功的互等原理估算所抑制的特征对分析结果的影响;然后根据这种影响指导模型在满足一定分析精度下的简化,并有效地利用被抑制特征的计算信息对简化模型的边界条件进行补偿.实例结果表明,文中方法计算量较小,不但可用于指导基于分析精度的分析模型简化,而且通过边界补偿可以进一步改善简化模型的分析精度.该方法可用于线性弹性结构的有限元静力分析.     

基于PIA的B-Spline曲面实时交互修改方法

交互修改是几何设计中一种常用的曲线曲面编辑手段,NURBS曲线曲面是CAD系统中曲线曲面的标准表示形式.现有的B-spline曲线曲面交互修改技术往往需要求解一个带约束的能量优化问题,当曲线曲面的控制顶点较多时,这个优化问题的求解过程较慢,难以满足交互操作的实时要求.为此,基于B-spline曲线曲面的局部迭代逼近(P...     

三维带符号的欧氏距离变换及其应用

距离变换是图像处理中历史悠久的研究课题．该文将二维带符号的欧氏距离变换推广到三维，对其进行了优化，分析了它的计算复杂度，并应用于解决计算机图形学中的两个重要问题：第一，将图形对象的三角网格表示转换为它的距离场表示．即首先将三角网格模型离散为体素表示，利用三维带符号的距离变换，将求空间一点到图形对象的最短距离的全局搜索过程，转化为求这一点到离它最近的特征体素所包含的图形对象部分的局部搜索过程；第二，利用类似的思想，求两张空间曲面之间的最短距离．     

基于正则化一维卷积神经网络的网格模型显著性检测

三维形状的显著性在形状分析与处理中有不可忽视的作用.现有的三角网格显著性检测方法大多依赖某种人工设计的几何特征,缺乏灵活性.为此,提出一种基于特征融合学习的显著区域检测方法,以适应不同类别的形状.首先计算形状的多种几何特征,然后把多尺度的低层次特征输入到一维卷积神经网络中;通过优化中心正则化损失函数,得到高层次、可判别的特征向量,同时也得到显著区域检测结果.在普林斯顿网格数据集上的实验结果表明,该方法适用于不同形状的显著性检测,检测结果具有一致性,并且相比对照算法具有更好的视觉效果和定量化指标评价.     

基于GPU和区间分析的隐式曲面绘制和网格化

为了通过并行化技术提高隐式曲面绘制和网格化的速度,提出一种基于GPU并行计算架构的区间分析方法来网格化和绘制隐式曲面.首先按照给定的绘制分辨率将绘制空间离散成体素表示,充分利用GPU的并行计算能力,采取区间分析方法并行计算隐函数在所有体素上的取值区间,从而确定出包含隐函数零等值面的特征体素;进一步,抽取特征体素的外表面对其进行拓扑校正,确保得到的网格是二维流形;然后使用Laplace操作对这个网格进行光滑处理,得到隐式曲面的网格表示.大量实验结果表明,隐式曲面的网格化和绘制时间一般小于0.1 s,达到了实时化的水平.     

基于Laplace-Beltrami算子特征向量的三维模型特征点检测与分析

针对三维模型的特征点检测问题,提出一种基于Laplace-Beltrami算子的特征点检测算法.对于给定的三维网格模型,首先构造离散Laplace-Beltrami算子矩阵,求解特征值与特征向量,随后在不同频率的特征向量上检测局部极值点和鞍点,最后通过基于特征值的加权公式把检测结果结合起来,实现对特征点不同显著度的可视化.实验对选取自SHREC2010数据集的三维网格模型进行特征点检测,在VS2013平台上使用OpenGL进行可视化.结果表明,文中算法在三维网格模型上取得准确的检测结果,在高噪声的模型上具有鲁棒性,对等距模型能得到高度相似的结果,并且能通过分布式计算处理大尺寸的三维模型.     

光滑曲面上的G1插值曲线

在计算机图形学和计算机辅助几何设计中,限制在光滑曲面上保持几何连续的曲线插值技术显现出越来越重要的作用.文中用直纹面投影的思想研究了这一问题,给出了一种在光滑曲面上保持G1连续的样条曲线插值技术.首先构造一条插值曲面上已知点列的空间3次Bézier样条曲线,然后通过一张直纹面将这条空间插值曲线投影到已知曲面上,即可得到限制在已知光滑曲面上的G1插值曲线.理论推导和实例显示表明,该技术具有推广应用的广阔前景.     

Bézier曲线曲面正则性的判别条件

正则性是参数曲线曲面的重要代数性质,是由参数曲线曲面的参数化决定的.在计算机辅助制造过程中,要求所处理的参数曲线曲面是正则的,前提是计算机辅助设计得到的参数曲线曲面是正则曲线曲面.然而,直接按照正则参数曲线曲面的定义,采用解方程或方程组的方法来判断曲线曲面是否正则,其计算相当复杂,实际上也是行不通的.通过将Bézier曲线曲面的导矢曲线(法矢曲面)的参数表示转换为隐式表示,得到了一个判断Bézier曲线曲面正则性的简单而实用的充分条件.     

细分曲面拟合的局部渐进插值方法

逼近型细分方法生成的细分曲面其品质要优于插值型细分方法生成的细分曲面.然而,逼近型细分方法生成的细分曲面不能插值于初始控制网格顶点.为使逼近型细分曲面具有插值能力,一般通过求解全局线性方程组,使其插值于网格顶点.当网格顶点较多时,求解线性方程组的计算量很大,因此,难以处理稠密网格.与此不同,在不直接求解线性方程组的情况下,渐进插值方法通过迭代调整控制网格顶点,最终达到插值的效果.渐进插值方法可以处理稠密的任意拓扑网格,生成插值于初始网格顶点的光滑细分曲面.并且经证明,逼近型细分曲面渐进插值具有局部性质,也就是迭代调整初始网格的若干控制顶点,且保持剩余顶点不变,最终生成的极限细分曲面仍插值于初始网格中被调整的那些顶点.这种局部渐进插值性质给形状控制带来了更多的灵活性,并且使得自适应拟合成为可能.实验结果验证了局部渐进插值的形状控制以及自适应拟合能力.