基于三维模型拉普拉斯分解的浮雕生成算法

研究了对三维几何模型在给定视觉方向上进行深度压缩的浮雕生成算法,基于三角网格的Laplace光顺原理,按模型频率分布将三角网格分解为光顺后的基础网格、拉普拉斯算子及更高次算子,运用此分解模型对不同频率部分分别进行深度压缩,以获得具有细节保持效果的浮雕.该算法无需对模型进行重采样,无需求解大型线性方程组.在不同的材料上对生成的浮雕模型进行了加工验证.实验证明,该算法生成的浮雕细节丰富,具有很好的视觉效果.     

一种复杂曲面展开的通用算法

提出了一种基于几何展开/力学修正的复杂曲面展开的通用算法,实现复杂曲面的展开.首先,对三维曲面进行三角化,用三角片模型来表达三维曲面;然后,采用几何展开的方法将三维曲面展开为初始二维平面;最后,提出一种改进的能量法优化算法,建立能量模型,对初始展开平面进行优化,得到最终展开结果.由于采用了能量法对初始展开片面进行优化,曲面展开的精度较易控制,因此能够更有效地解决CAD/CAM中的曲面展开问题.     

高密度电子电路频谱图的边缘检测算法

在利用电磁扫描技术检测高密度电路板的组装质量时,为了识别频谱图中的异常频率点,需要检测和提取频谱图中频谱曲线.而频谱图中频谱曲线的检测和提取效果直接影响异常频率点检测的准确度.本文致力于电路板频谱图的边缘检测方法的研究,提出了多窗口Canny自适应阈值边缘检测算法,即通过对频谱图进行窗口划分,在窗口内采用改进的梯度幅值的计算方法和自适应阈值Canny检测算法,实现了对频谱图的边缘检测.理论分析和实验结果表明,本文所提出的算法准确度高,可以得到较好的边缘检测结果,为识别频谱图中的异常频率点提供了更精准的频谱边缘图像.     

基于虚拟激励法的三维随机路面仿真

通过改进的虚拟激励法原理,在现有二维路面谱的基础上,从空间路面频率谱出发,将之拓展到三维空间内的路面谱,给出模拟随机路面谱的方法。同时,为了给虚拟样机仿真分析提供较为复杂三维仿真路面环境,基于单点FFT路面不平度时域模型,建立了三维FFT随机路面数学模型,并实现了其在Matlab中的仿真;依据改进的虚拟激励法理论,建立了生成三维路面文件的通用模型,包括节点的生成和单元生成算法,并导入Adams形成所需的三维路面仿真环境。应用上述方法生成C级路面.对所选择的车辆样机进行了行驶平顺性仿真,与GB/T 13441—92标准对比分析得到了该车行驶平顺舒适性的合理时间。     

基于白光干涉仪的粗糙度表面仿真

基于真实表面的三维数据信号,通过空域滤波算法对信号滤波处理,并用小波分解三维表面高度数据信号,计算真实三维表面的基准面和粗糙度表面。采用小波和分形算法仿真生成与真实表面在不同尺度下分形维数相同的表面。通过W-M函数模拟仿真指定分形维数的表面,经过三维仿真拟合几个特定分形维数的表面。比较仿真拟合表面与原始表面的分形维数,提高仿真模型的准确性。     

现代艺术浮雕模型设计及其数控加工

通过对艺术浮雕三维实体成形原理进行分析,以ArtCAM软件为工具,归纳出了浮雕模型设计步骤及其数控雕刻铣削加工方法.并以实例验证了所述方法对艺术浮雕设计及其数控加工的效率和水平的提高具有较好的促进作用.     

基于Mastercam X Art的浮雕设计与数控加工

利用Mastercam X Art软件,根据绘制的二维几何图形快速生成复杂浮雕曲面。对浮雕模型进行了数控加工设置,合理确定工艺参数,模拟仿真加工过程,最后通过后置处理自动生成Nc代码。该方法可降低浮雕造型的设计难度,缩短加工时问。     

基于垂直扫成的三维打印支撑生成与优化研究

提出一种面向熔融沉积三维打印的支撑生成和优化算法,通过网格模型面片倾斜度与打印层高关系以及网格模型拓扑关系快速确定需要支撑的模型表面,将其纵向扫成为包含支撑体的三维网格模型,并对支撑面奇异点分裂以保证扫成模型为二维流形,基于该扫成模型与原始模型的关系,通过二维分层切片间的布尔操作求解得到层片化的支撑模型,然后综合支撑模型的可打印性因素,对上述支撑进行优化处理,得到理想可打印的三维支撑模型。通过复杂网格模型的三维支撑生成实例,验证了算法的有效性和鲁棒性。     

基于改进OMP算法的喷涂机器人轨迹规划研究

为实现CAD模型未知情况下的喷涂机器人自动轨迹规划,提出了一种基于工件三维点云直接生成喷涂轨迹的方法,并使用改进的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法进行轨迹优化.首先,将理想涂层厚度函数视作原始信号,通过引入信赖域反射算法解决了投影系数的约束问题,应用OMP算法进行涂层厚度重建,并求出每条喷涂轨迹的位置和喷枪速率.然后,对预处理后的点云模型应用轨迹生成算法得到工件表面的喷涂轨迹,通过坐标变换和姿态解算生成机器人喷涂轨迹.最后,对扫描获取的待喷涂曲面使用上述方法进行仿真.仿真结果显示,重建涂层厚度误差为4.28％,满足均匀性要求,喷涂时间显著缩短,表明所提出的轨迹规划和优化方法是可行的.     

基于激光雷达和摄像头信息融合的车辆检测算法

针对摄像头在无人驾驶系统车辆检测中易受环境干扰的问题，通过激光雷达数据和摄像头图像进行融合，提出了一种强鲁棒性实时车辆检测算法。首先，将三维激光雷达点云通过深度补全方法转换为和图像具有相同分辨率的二维密集深度图。然后将彩色图像和密集深度图分别通过 ＹＯＬＯｖ３实时目标检测框架得到各自的车辆检测信息。最后，提出了决策级融合方法将两者的检测结果进行融合，得到了最终的车辆检测结果。在 ＫＩＴＴＩ数据集上对算法进行评估，实验结果表明该算法完全满足无人驾驶车辆所需的强鲁棒性、强实时性和高检测精度的要求。     

基于全景深度图像的复杂三维形体描述

复杂三维形体的多细节层次描述在产品概念设计、虚拟现实、网络协同交互等方面都有着广泛的应用前景。现有方法主要采用纯图形技术实现。本文通过全景深度图像描述复杂三维形体 ,通过建立在其上的初始三角形网格的自动细化 ,来实现复杂三维形体的多细节层次描述。本方法算法简单 ,自动化程度高 ,适合于一大类复杂三维形体的描述。     

基于无网格局部Petrov-Galerkin法的曲面修复算法

针对三维残缺数据曲面重构的困难,提出残缺点云或有孔洞网格曲面数据修复的新算法,该方法通过拟合进行曲面重构,大大减小了边界节点误差的影响;同时采用基于板壳理论的无网格法,使孔洞曲面修复更光滑,尤其可以更真实地修补出锻压制造的薄板零件.首先应用移动最小二乘法插值对残缺点云进行边界提取,然后给出逐层节点布置算法,最后应用基于最小势能原理的无网格法进行曲面修复,并将通常无网格法中积分圆域改进为多边形域.编写相应程序,经简单二次曲面缺损网格修补验证算法的有效性,结果分析表明误差很小,曲面修复结果理想.为进一步证明算法实用性,对实际薄壳产品的孔洞进行算法应用,修补效果理想.     

一种基于STL几何模型的有限元三角形网格的自动生成方法

有限元网格划分是有限元分析的关键技术之一。本文利用CAD软件导出的STL几何模型,用自行开发的几何基本工具库对其进行几何信息提取,然后通过网格优化后,自动生成合格的三角形有限元网格,最后输出商业化有限元分析软件所需的前处理文件,为有限元分析提供了一个快速建模工具。     

The development of a technique for 3D complex surface reconstruction from unorganized point cloud

In this paper, we propose a new neural network based on our two-level adaptive hierarchical clustering algorithm. The algorithm is to manage unorganized points, so that the triangular mesh models can be correctly obtained by applying the triangular mesh creation algorithm. We also develop adaptive self-flipping triangle edges to improve triangular mesh structure. Only one parameter, the maximal edge length of triangle, is needed in the neural network. The proposed two-level consists of the first level for clustering the cloud of points that has same order of the maximal edge length into a same cluster and the second level for generating triangular surface model or drape surfaces over the points of the same cluster. The normal vector for the generated triangular 3D surface model can be obtained from the second level. This helps to generate the STL file or stereolithography format. From the experimental results it can be shown that the proposed method is very effective for clustering unorganized point clouds for generating a triangular mesh of complex surfaces.     

融合通用形变模型信息的面部三维重建

基于图像对的立体重建是用于获取人脸三维信息的通用方法,但根据图像数据和重建算法所得到的三维重建结果存在各种误差,本文对通用形变模型进行改进并与三维立体重建融合以得到更精确的重建结果。首先使用Max-Margin对象检测算法来获取面部边界框,其中回归树集合法能直接从像素强度的稀疏子集识别面部特征点。然后通过PCA颜色模型生成形状和颜色的三维面部统计模型,利用ISOMAP算法将三维网格转换为二维表面并提取纹理信息,得到面部模型。最后在源网格上进行两步非刚性表面配准的变形过程:先通过对源网格进行二次采样来选择少量网格点来表示源的全局变化,并选取径向基函数(RBF)进行非刚性全局变形;再对源顶点进行Procrustes分析获得非刚性变换,再通过加权方案来进行k-近邻变换,得到平滑的局部变形。将单图像重建的面部模型,立体重建的面部模型和本文的面部变形模型与高质量扫描云图进行对齐比较,得到面部变形模型的3个RMS值分别为2.795 2,2.102 8和2.153 4,相比于其他模型,面部变形模型更接近高质量扫描云图,即与原图像一致性更高,误差更小。面部变形模型的定性和定量分析表明,立体重建与人脸一般形状信息的组合在几何信息的表达上优于基于通用模型的单个图像重建以及未考虑通用模型的立体重建。     

体素模型表面优化提取方法及图形显示

三维体数据的显示方法有2种直接体绘制方法和间接体绘制方法。本文首先比较了这2种体数据显示方法的优缺点,然后介绍了基于渐进立方体(MarchingCubes)方法的间接体绘制方法。根据压缩形式的体素模型特点,提出了一种新的体素模型表面三角网格提取优化算法,该算法利用材料变化信息直接在位于物体表面的体素模型中提取表面三角网格,与传统的MarchingCubes算法相比,该算法不仅可以跨越物体外部全空的体素,还可以跨越位于物体内部全实的体素。该方法在基于Voxel模型的五坐标数控加工仿真系统中得到了应用,测试结果表明,采用该方法提取体素模型表面三角网格时可以提高效率2~3倍。     

3D treatment planning and simulating for craniofacial skeleton

In surgery of the craniofacial skeleton, the current simulation planning systems extrapolate 3D surgical movements and outcomes based on 2D radiographs, which are inadequate for complex surgical movements. This paper presents a 3D treatment-planning system based on computerized tomography (CT) data. Based upon MedGraphics software, a 3D data field is constructed out of the sectional image stack through linear interpolation, and a seeded region-growing algorithm is adopted for the objective tissue segmentation. With the marching cubes algorithm, the triangular mesh model and 3D geometric model of diseased facial skeleton are reconstructed. Then the model is cut, the segments are moved or rotated to their predicted positions, and angles and distances are measured. After the triangular mesh model is decimated, an RP model is manufactured for surgical simulation and a prosthesis is designed. The system has been clinically used for more than 50 cases and technically validated with success.     

高效率的三角网格模型保特征简化方法

部分三角网格模型因数据量庞大而导致其不便于存储、分析和显示,本文提出了一种结合网格精细化方法的三角形折叠网格简化算法以解决此问题。首先通过3~(1/2)网格细分法确定待折叠三角形三个顶点的修正坐标,并根据修正坐标初步确定折叠点位置,然后引入折叠点的拉普拉斯坐标和原三角形法向信息来更新折叠点位置,最后由三角形折叠后该区域的体积误差和被折叠三角形的平展度共同确定折叠代价,从而使网格优先从较为平坦和特征点较少的区域开始依次进行三角形折叠简化。对多个模型进行了实验测试和数据分析,结果表明该方法能够有效精简网格数据,与3个不同类型的简化方法相比,该方法的简化效率最高,而且能有效保持原网格模型的几何特征并控制简化三角形的质量。     

三维CAD/CAE一体化的参数化动态有限元建模

提出了一种基于CAD参数化技术与CAD／CAE一体化技术的参数化动态有限元建模方法，该方法解决了三维实体有限元建模中几何模型的描述与驱动、参数联动、模型自动更新等一系列问题，为先进的参数化有限元分析与优化设计提供了关键技术基础；阐述了三维参数化动态有限元建模方法中的若干关键技术，包括具有典型意义的基于AutoCAD／MDT二次开发环境ObjectARX的CAD／CAE集成方法、复杂三维组合曲面网格全自动生成算法、复杂三维实体的四面体网格全自动生成算法、面向对象的有限元模型描述方法，以及有限元模型的参数驱动方法等；建立了一个三维参数化形状优化设计应用原型系统。     

平面区域有限元三角形网格划分研究及实现

为了提高有限元分析方法在复杂装备设计中的效率和质量,在深入研究现有计算机辅助工程软件的基础上,建立了平面三角形网格划分系统。该系统能实现异构的Ansys平台和Patran平台网格数据的导入;提供多种途径多层次的网格尺寸控制方法;实现面向多区域问题的Delaunay算法、推进波前法和映射算法混合应用。通过在航空发动机轴对称零部件的热固耦合分析中的应用,证明了所提方法的有效性。