脚型解剖学标志点自动标识方法

针对现有标志点提取方法的不足,提出一种自动标识人体脚型解剖学标志点的有效方法,该方法以包含解剖学标志点的三维数字脚型作为变形模板.通过主成分分析(Principle component analysis,PCA)和迭代最近点(Iterative closest point, ICP)算法使目标脚型与模板脚型在最小二乘意义上对齐与配准,找出目标脚型与模板脚型之间的初始对应点集.采用以均匀采样和基于曲率分布的采样相结合的方法在模板脚型上获取采样点集,以采样点集在目标脚型上的对应点为位置约束,采用基于离散拉普拉斯的网格变形方法,使模板脚型逼近目标脚型.通过迭代,使模板脚型在误差范围内逼近目标脚型,这时模板脚型上的点与目标脚型上的对应点建立了映射关系,模板脚型上的解剖学标志点在目标脚型上的对应点即可视为目标脚型上的解剖学标志点.试验结果表明,基于模板的脚型解剖学标志点标识方法,自动化程度高,适应性强,能够应用于脚型的三维形态差异分析和基于脚型的鞋楦个性化定制系统.     

定制鞋楦的分段自适应修改

采用光切扫描法提出了一种基于规则化点云数据的鞋楦定制算法.将规则化点云拟合为NURBS曲线后,在划分的各特征段内分别根据脚型对标准鞋楦进行整体缩放实现局部修改;然后,用基于能量优化原则同时修改控制点和权因子的方法,对标准鞋楦进行自适应修改来实现鞋楦的数字化定制.利用该算法对特定脚型进行自动化鞋楦定制,由脚型扫描至生成定制鞋楦模型的时间在120 s之内.根据此算法完成的定制鞋楦能够满足鞋楦美观性和舒适性的需求,并且缩短了常规手工定制鞋楦的时间.     

大规模定制环境下客户需求获取支持系统研究

为了便捷有效地获取不同客户的定制需求,对大规模定制客户需求获取支持系统进行了研究。提出了大规模定制客户需求获取支持系统的总体框架,对系统进行了总体结构设计,并对主要功能模块进行了阐述,给出了部分功能的实现方法。通过获取客户个人特征信息和初始需求信息,利用Web技术、个性化推荐技术等关键技术,为客户推荐合适的定制选项生成个性化的定制界面,更加有效地获取客户的需求,帮助客户完成产品的定制。最后通过案例说明了该系统的有效性和实用性。     

基于仿复眼视觉成像的目标信息获取方法

目标信息获取是视觉测量的关键技术,提出了一种基于仿复眼视觉成像的目标三维信息获取方法.该方法根据复眼视觉成像原理,采用单摄像机和平面微透镜阵列进行成像,建立目标点和成像点之间的对应几何关系,利用归一化互相关窗口匹配算法,获得目标的深度信息,从而计算出其三维坐标信息,通过试验验证了该方法的可行性和正确性.     

面向网络个性化定制的三维参数化头部模型创建方法

为了解决头部可穿戴产品网络个性化定制设计时,数据传输速度慢、消费者头部数据获取困难、数据不准确等难题,根据人体头部特征,确定了 23个用户可准确定位的特征点;依据特征点将头部三维模型分割成不同截面,提取截面的轮廓曲线,将该曲线分为三类;利用带有自由参数的Hermite插值曲线描述这三类曲线,并用Grasshopper软件建立参数化头部模型;利用带贴片的用户正交照片,计算得到用户的头部数据,并修改Grasshopper程序参数,获得用户的头部三维参数化模型.通过对3个志愿者拍摄照片验证,该方法可有效的应用于面向网络的头部可穿戴产品个性化定制设计.     

一种面向汽车个性化定制的智能交互方法

针对传统汽车在线个性化定制服务中缺乏有效的交互,且消费者隐性需求的获取和转化研究不足等问题,研究了隐性需求的获取和转化以及产品定制特征的分析和表述,建立了产品特征与用户需求的映射模型,提出了一种基于组织符号学思想的智能交互方法,并采用黄金分割法对所提方法进行了迭代优化。最后利用汽车颜色的定制对此方法进行了测试。测试结果表明,该方法能在一定程度上提高个性化定制服务的互动性和引导性。     

3D打印外固定支具参数化反求建模方法

基于Grasshopper插件研究3D打印外固定支具的参数化反求建模方法,以实现外固定支具三维模型的快速精准构建,提高定制效率并减小支具偏差,从而促进3D打印外固定支具的快速个性化定制.使用三维扫描仪获取患者手臂骨折部的外轮廓数据,采用Geomagic Studio软件对点云数据进行处理,得到基础数字模型,通过Grasshopper组件连线编写反求设计建模程序,并选取手臂骨折数字模型对建模程序进行建模速度与偏差测试.反求建模程序比传统建模方式耗费时间更少,精度更高,符合个性化定制的要求.使用Grasshopper插件编写算法程序降低了设计人员建立外固定支具三维模型的难度,并简化了设计流程,提高了设计效率,实现了快速三维模型构建和个性化定制.     

三维人脸表情动态采集系统的设计

针对3D动画设计对人脸表情动态变化的三维数据信息的需求,设计了人脸表情动态采集系统.首先,采用标记光栅和空间映射法构建了人脸测量模型;设计了标记光栅图,并给出了利用相位图获取特征矩形的方法.然后,通过光栅上的特征矩形位置信息将测量得到的相对相位转化为绝对相位,再利用空间映射法获取三维坐标点信息.最后,进行了精度验证和人...     

NX环境下基于MBD与新一代产品几何技术规范的零件坐标测量信息获取

为实现零件三坐标测量信息获取,结合零件的MBD模型和新一代产品几何量技术规范并且针对工件坐标测量信息要求,探讨了在NX环境下实现三维环境下零件三坐标测量信息的表示与获取方法。通过对零件MBD数据集中的测量信息构成进行分析,结合新一代产品几何技术规范构建工件坐标测量信息关联关系表示模型,用于描述公差信息与几何要素之间的关联关系。根据该模型给出NX环境下的坐标测量信息获取流程,开发了测量信息获取工具。最后,通过实例验证了上述研究方法和获取工具的可行性和有效性。     

基于计算机视觉的脚型参数测量系统的设计与实现

提出一种便捷的足部参数测量方法,仪器装置成本低廉、操作简洁。该系统利用足底扫描设备扫描足底图像,通过CMOS摄像头获取照射在足面上的结构光图片,运用图像处理技术将足面轮廓点云与足底轮廓点云叠加融合,重构足部三维形状,并据此计算脚型测量的关键特征参数。实验表明,系统能够快速精确地完成三维脚型恢复和足部特征参数的提取,具有很好的鲁棒性。     

基于激光扫描的足部三维测量仪设计

个性化鞋楦设计是社会发展的必然趋势,足部测量仪的研制成为了一个重要课题.提出了个性化足部扫描测量仪的设计方法,介绍了仪器的测量原理以及标定方法,设计出控制系统、光学系统、移动平台和图像采集模块来实现快速足部扫描.经过自行开发的软件控制系统执行图像提取与数据分析,即可在短时间内重建出所测量的足部轮廓.最后,对足部进行了实际扫描,该过程可在10s之内完成,测量误差小于0.5%.得到了很好的结果,满足工业设计的要求.     

Design and evaluation of a novel fixture to optimally support a Lisfranc injured foot during CT scanning

Lisfranc injuries affect at least 1 out of every 55,000 people each year. Although they are relatively uncommon foot injuries, their effects can be severe: 20–40% of Lisfranc injuries are missed upon first presentation. This increases the likelihood of poor outcomes, especially if associated with a workplace injury. These injuries result in a disproportionate number of malpractice lawsuits and compensation claims. The Kingston Brace was designed to support an injured foot during a computed tomography (CT) scan with the goal of providing the diagnosing physician with the best diagnostic information possible. A prototype was designed and built to support a variety of foot orientations. It was used to determine which orientation is optimal for Lisfranc joint CT scanning. Three fresh frozen cadaver feet were put through several experiments with the Brace. The 2D diagnostic quality of CT scans taken using the Kingston Brace was compared against that of CT scans taken using the existing protocol. The Kingston Brace allows for a better visualization of the injured Lisfranc joint than the existing CT protocol. Lisfranc joint spreading was used as a measure of potential pain in injured patients. The joint spreading in the Kingston Brace was minimal, suggesting that additional pain felt by injured patients during imaging would also be minimal. The adoption of the Kingston Brace resulted in no change in the morphological parameters resulting from more advanced 3D analysis. The best experimentally determined Kingston Brace orientation was found to be 10° of plantarflexion and 11° of eversion.     

A low cost 3D shape measurement method based on a strip shifting pattern

We present a simple, low cost but fast 3D shape measurement method. There is no limitation on the object's material and texture. We use a projector to project a strip shifting pattern on the object, and a digital camera to record videos of the scene. The distortion of the strip shadow on the object is used to get the object's 3D information. A novel space-time edge finding method is introduced to position the shadow edge accurately. This edge finding method overcomes the effect of inter-reflection and high light. Using this space-time information, we can calculate the pixels' 3D coordinates. To get the 3D shape of an object with black texture, we improve the black strip pattern to a 3-color strip pattern. The bad data are filtered by a post-processing 3D filter, which makes full use of the neighborhoods' geometric constraints and the view point constraint. Meanwhile, our measurement method is fast, regardless of the complexity of the shape.     

基于蒙皮模型和WEOPA的人体外形和运动跟踪

为了解决多关节人体三维外形和运动跟踪问题,提出了一种基于蒙皮模型(skinned model)和加权扩展正交普鲁克分析(weighted extended orthogonal procrustes analysis,WEOPA)的三维人体外形和运动跟踪方法。首先使用Shape-From-Silhouettes方法从当前帧多目视频图像轮廓中计算出被跟踪人物的可视外壳,然后建立人物先验蒙皮模型并与之匹配,其中蒙皮模型的引入使得多关节人体三维外形和运动跟踪问题被转化为一个分层非线性最小二乘匹配问题。考虑到在先验模型获取中肢体间连接部位产生的网格顶点粘连问题,采用WEOPA算法来进行求解,其中通过引入4种不同的权值分配策略,克服了顶点粘连对匹配的影响,并有效利用了匹配点对的几何法线信息。实验结果表明,该方法能对人物外形和运动进行有效的跟踪。     

Shape distribution-based approach to comparing 3D CAD assembly models

As a key technology for three-dimensional (3D) model retrieval from model databases, the ability to perform comparisons of 3D models is important. In particular, during the product design phase, 3D CAD models should be robustly retrieved for design reuse or machining process planning. However, typical retrieval methods that are based on model names, codes, or annotations are limited in terms of their usability and robustness. Therefore, there are increasing requirements for shape-based 3D model retrieval techniques, as well as the ability to perform 3D model comparisons. In this paper, we propose a shape distribution-based 3D CAD assembly comparison method that has the ability to identify dissimilarities in 3D CAD assembly models by differentiating between assembly relationships and part-shape dissimilarities. This is different from existing methods, which are limited to only shape dissimilarities. We present experimental results for various test cases by comparing our proposed method and existing methods. Based on our experiment results, we found that our method can enable a comprehensive comparison of 3D CAD assembly models including assembly relationship dissimilarities, part-shape dissimilarities, and overall model dissimilarities.     

从明暗恢复形状(SFS)的算法设计与精度分析

从明暗恢复形状(shape from shading,简称SFS)是计算机视觉中三维形貌恢复问题的关键技术.设计了基于单幅图像恢复三维形貌的算法,其核心思想是根据单幅图像的灰度信息进行亮度分析和转换,利用倾角和偏角计算表面点法矢,进而得到表面点高度值.采用全面像素误差和平均误差两种评价方法对人造花瓶二维图像的恢复结果进行精度分析,得到恢复高度与真实高度平均误差的最大值和最小值分别为7.0 mm和0.1 mm,且80%的平均误差小于2 mm,实例证明文中方法处理速度快,精度高,应用前景较好.     

形状空间下的3D面貌相似性比较

开展了利用计算机自动比较两个3D面貌相似程度的研究。提出了一种在形状空间下基于测地线的3D面貌相似性比较的方法。该方法使用测地线近似表示3D面貌模型,然后将其变换到形状空间下,以对应测地线的平均测地距离作为两个3D面貌的相似性比较的依据。在公开的GAVADB三维面貌库上对14个人的28个3D面貌模型进行了实验,识别率达到92.86%以上,说明本方法可以将同一个人的不同模型与不同人的模型区分开。另外,使用提出的方法对不同人的3D面貌模型进行了相似性比较实验,结果表明使用本方法得出的相似程度的判断与人的主观判断相一致,说明本方法能够较好地反应3D面貌的相似程度。     

基于单幅图像数据的三维重构方法研究

针对传统的基于阴影恢复形状方法（SFS）的三维重构方法的局限性,综合运用计算机视觉、图像处理和计算机辅助几何设计理论与技术,提出了一种实用的三维重构方法。采用SFS方法获取三维形貌信息,利用图像分割技术提取物体的二维轮廓信息,通过三维形貌信息与二维轮廓信息的融合建立物体的数字化模型,通过B样条方法实现数字化模型的重构。实例表明,该方法能够有效地去除图像的背景信息,改善重构模型的分辨力,为基于图像的三维重构技术的广泛应用提供了条件。     

非正交FBG柔杆空间形状重构误差分析及标定

为了提高FBG柔杆空间形状感知系统的重构精度,提出了一种利用3根FBG阵列、具有温度补偿特性的非正交FBG柔杆检测方法。在分析传感系统的误差组成、产生原因的基础上,建立仿真模型得到了各组成误差分别对系统空间形状重构精度的影响,得出减小安装角度误差是提升精度的关键。利用待标定参数与标定方向与实际检测方向夹角大小相关的原理,给出了一种修正安装角度误差的标定方法。经过实验证明,该方法使得系统形状重构最大相对误差降为0.25%,为高精度的三维形状感知系统提供了可靠的检测方法。     

基于单幅图像的三维视觉测量与缺陷检测技术研究

研究了一种基于明暗恢复形状的三维视觉测量方法,可以通过单幅灰度图像获取表面三维形貌信息,进而对工件表面加工质艇或缺陷进行检测.本文采用了轴承表面质量进行检测分析,实验证明该三维测量方法能够精确获取工件表面的深度信息,并可以检测出轴承工件的表面缺陷区域的深度信息.同时,该方法具有操作简单,硬件成本低,处理速度快,精度较高的特点,能够用于工业在线检测.