基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型，提出了一种基于隐式曲面的等距算法。该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建，然后对顶点进行八叉树采样，由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面，将隐式曲面等距，最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点，根据先前建立的拓扑关系，将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型。该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题，而且等距模型三角网格均匀，质量高。     

基于隐式曲面的三角网格模型等距算法

针对三角网格模型,提出了一种基于隐式曲面的等距算法.该算法首先对三角网格模型进行拓扑重建,然后对顶点进行八叉树采样,由采样点及采样点的单位法矢点来构建隐式曲面,将隐式曲面等距,最后将原模型的顶点投影到等距曲面得到投影点,根据先前建立的拓扑关系,将投影点三角网格化得到等距后的三角网格模型.该算法在一定数值范围内避免了等距模型自交问题,而且等距模型三角网格均匀,质量高.     

任意拓扑三角网格模型的Loop细分曲面重建系统

提出一种从任意拓扑密集的三角网格模型拟合Loop细分曲面系统，包含对原网格模型进行特征识别，把保持了原有特征的简化网格和拓扑优化所获得的网格作为拟合初始控制网格。系统通过对控制网格顶点的循环修正和局部自适应细分来求解最终拟合细分曲面控制网格，避免了求解线性方程组，提高了拟合曲面的质量，实现了在给定精度下用较少的控制网格反映物体细节特征的分片光滑（片内除奇异点C^1外其余C^2连续）的Loop细分曲面重建。实例表明，Loop细分曲面重建系统对于任意拓扑海量三角网格测量数据的细分曲面重建是高效可行的。     

反求工程中复杂多面体模型的网格简化算法

提出一种新的基于顶点删除准则的多面体模型简化算法.该算法使用局部几何和拓扑特征移去满足简化标准的顶点,并对移去顶点后产生的空洞进行剖分区域划分,进而分别进行局部三角化.算法实现简单、速度快,能够有效处理高斯曲率近于零而平均曲率较大的网格,解决了以往一些算法对此根本不能进行简化的问题.实验表明,该算法可以简化具有复杂拓扑结构的网格模型,适用于在反求工程中获得的以重构精度为主要目标的多面体模型的简化.     

基于三角Bézier曲面的三角网格模型光顺算法

针对三角网格模型整体光顺效果较差的问题,提出一种基于三角Bézier曲面的三角网格模型光顺算法,该算法采用R*S树组织三角网格模型的动态索引,对三角网格模型进行精确保形精简,根据保形精简后三角网格模型型面几何特征构造整体G1连续三角Bézier曲面,将其作为三角网格模型的光顺参考曲面。通过将三角网格顶点映射于光顺参考曲面上,实现三角网格模型的光顺处理。实例证明该算法可对各种复杂型面的三角网格模型获得理想的整体光顺效果,并有效保留原模型的型面特征。     

G1连续三角Bézier曲面模型快速生成算法

提出一种由三角网格曲面构造 G1连续三角Bézier曲面算法,该算法基于三角网格曲面动态空间索引结构获取网格顶点的局部型面参考数据,根据三角平面片局部型面参考数据构造三次三角Bézier曲面片,将三次三角Bézier曲面片升阶到五次,解决了五次三角Bézier曲面片G1拼接时的约束几何条件冲突问题,生成了整体G1连续的三角Bézier曲面,实例证明算法数据适应性强,可快速准确生成G1连续的三角Bézier曲面.     

三角网格模型特征线识别

给出了新的三角网格模型顶点法矢计算公式,据此对模型中的边进行了分类;在此基础上,提出了一种曲面三角网格模型特征线识别的新方法,该方法根据网格中边的分类结果形成含特征边的特征域,再由这些特征域得到初始特征线,最后对初始特征线进行优化处理,从而识别出网格模型的特征线。     

三角网格曲面上的特征阵列

针对三角网格曲面上复杂特征阵列式设计重用困难问题,提出一种两步法特征阵列重用策略。基于曲面空间向量平移理论,确定特征阵列位置,以角度和测地距离两个参数构建各阵列实例之间的关联;提出一种基于对偶图的曲面局部参数化方法,使参数化结果不受顶点法矢评估方法的影响,对噪声和锐边特征不敏感。在此基础上,采用微分坐标网格变形技术实现阵列实例的形状控制,使其适配曲面局部形状变化。给出了环形旋转阵列、沿曲线阵列以及方向阵列的具体算法实现。试验结果表明,所介绍方法鲁棒、有效,可用于复杂特征的阵列式实时交互设计。     

保持型面特征的网格曲面光顺算法

针对网格曲面光顺存在局部型面细节丢失及整体光顺效果差的问题,结合三角Bézier面片具有精确插值产品型面的优点及G1连续曲面具备整体光顺的特性,提出一种保持型面特征的网格曲面光顺方法,该方法从原始网格曲面提取型面特征网格,将其作为参数域构建G1连续光顺参考曲面,通过将网格曲面顶点调整到参考曲面上,实现网格曲面的光顺处理。实验证明该方法可在有效保留原始网格曲面细节特征的情况下获得理想的整体光顺效果,并且具备较高的运行效率。     

网格曲面数控加工编程分型线提取算法

针对复杂网格曲面分型线提取精度和效率不高的问题,根据非封闭自由曲面和封闭自由曲面的拓扑信息和几何特点,提出了2种基于投影方法的分型线提取算法. 对非封闭模型,首先将模型投影到平面并重新三角网格化,然后提取投影三角网格的边界,最后以平面三角网格的边界为检索信息在原始网格中检索得到自由曲面的分型线. 对封闭模型,根据模具分模的几何原理,提出通过建立封闭自由曲面凹模和凸模离散几何模型的方法提取封闭自由曲面的分型点,然后通过一环邻域点搜索法对分型点排序,得到分型线. 实验结果和数据分析表明,两种方法可以精确、高效地提取非封闭和封闭自由曲面的分型线,并可以确保分型点都是三角网格曲面的顶点.     

基于二维Delaunay近邻的空间散乱数据曲面重建算法

给出了一种新的散乱数据曲面重建算法。算法基于曲面的局平特性，通过二维Delaunay三角剖分到三维空间的映射，快速查找空间任意点的Delaunay近邻，然后根据散乱数据重建三角网格中顶点互为Delaunay近邻的原理，进行曲面拓扑重建。应用新的求解κ-近邻和二维Delaunay近邻的算法，提高了曲面重建的算法效率。实验表明，该算法高效、稳定，对不均匀数据有较好的适用性。     

多级仿生建模及优化技术

针对增材制造模型高硬度和高抗断裂韧性不可共存的问题,受自然界多级生物体结构的启发，提出了一种多级晶格结构建模方法。设计了具有一定力学特性的晶格模型族,对多级体空间进行分级填充,采用等值面几何建模算法实现了晶格间的过渡连接与梯度设计；通过图片映射的方法，利用有限元分析结果来驱动晶格结构的孔隙率、尺寸等参数，多次迭代获得满足生物力学特性的模型。试验验证了该方法可以较好地控制多级晶格的弹性模量及其抗断裂韧性。将该方法运用到牙齿的设计中，取得了良好的效果。     

Subpixel Estimation of the Node Coordinates of Quasiperiodic Textures

An algorithm is proposed to estimate the node coordinates of deformed lattices of quasiperiodic textures with subpixel accuracy. The algorithm consists of two steps. In the first step, the frequency and initial phase vectors of a polyharmonic brightness function model are calculated from the characteristics of spectral outliers of image fragments. The obtained estimates are used to determine the coordinates of the nodes of the local lattice. In the second step, the local lattices are combined into a global lattice for the entire image of the quasi-periodic texture. Using high-accuracy estimates of model parameters from small image fragments ensures stable operation of the algorithm for significant deformations of the lattice and sub-pixel accuracy in estimating the coordinates of its nodes. Results of computer simulation and processing of real halftone images of quasiperiodic textures are given demonstrating the effectiveness of the proposed algorithm.     

不完备信息的概念格诊断规则提取方法

针对航空装备诊断知识获取困难的问题,研究了不完备信息条件下基于概念格的诊断规则提取方法。首先,用不完备诊断形式背景将残缺的故障数据表示成三值表格,借助近似概念格分析故障数据,设计了基于对象的增量式近似概念格构造算法,利用Hasse图直观揭示诊断结果与测试参数之间的依赖关系;然后,引入广义可辨识矩阵对不完备诊断形式背景进行属性约简,通过布尔运算将广义决策辨识函数变换为极小析取范式,得到约简的测试参数集,进而构造约简的近似概念格并生成最优近似诊断规则集,用于对新的测试样本进行故障诊断;最后,将该方法用于某型航空雷达的故障诊断,诊断准确率达到77.7%,验证了该方法从不完备故障数据中提取诊断知识的有效性。     

二维硅薄膜光子晶体波导的设计及制作

为了制作可用于通信波段的二维硅光子晶体波导,研究了光子晶体波导的设计方法及制作工艺。应用平面波展开法计算了两种空气孔型光子晶体结构的TE波禁带,经筛选采用了三角晶格空气孔结构。同样利用平面波展开法计算了引入缺陷后二维三角晶格空气孔型光子晶体波导结构的TE波禁带,经对比发现归一化频率为0.295 7的缺陷态最适宜用来制备光子晶体波导,并据此设计了用于1.55μm波长的二维三角晶格空气孔型光子晶体波导,其晶格周期为458nm,空气孔直径为339 nm。对设计的结构参数进行了容差计算,结果表明误差在-3.95~5.65 nm方能满足设计要求。最后使用聚焦离子束刻蚀工艺,制作了所设计的波导结构,并进行了测试。测试结果表明,样品实际晶格周期为463nm,空气孔直径为344 nm,比设计值大5 nm,在容差允许范围内,满足设计要求。     

基于局部样本增益优化的α-shape曲面拓扑重建

在曲面重建中,提高棱边特征重建精度是逆向工程和计算机辅助设计制造等领域的难点问题。采用样点的近似拓扑近邻点集作为曲面局部样本,对α-shape算法进行优化,使α-shape尺度阈值能更为准确地反映样点分布密度,从而提高α-shape曲面拓扑重建结果的正确性。样点的近似拓扑近邻点集的获取本质上是欧氏近邻点集的增益优化,使后者向邻近的稀疏区域适度延伸,从而弥补因数据分布不均匀而导致的拓扑邻域信息缺失。基于增益优化后的样点近邻点集并结合曲面重建先验知识可确定α-shape尺度阈值,使α-shape曲面拓扑重建过程中尺度阈值可自适应调整。试验表明:该算法使所得网格曲面基本不含孔洞和棱边凹痕,能更好保持棱边特征的形位精度,可减少初次过滤结果中的非流形面片,同时具有与主流Delaunay网格过滤算法相近的重建效率。     

基于改进MC算法的DICOM格式CT图像三维重建

保证MC算法所抽取等值面的拓扑正确并作有效实现是医学三维应用的关键技术。本文对MC算法的内部拓扑歧义判定方法作了改进,使其更为简单直观,并以此为基础开发了CT序列图像三维重建系统。系统读入D ICOM格式的CT图像数据,封装成由立方体单元组成的规则体数据,用改进的MC算法抽取等值面,得到三角网格模型,为后续基于三角网格的医用修复体设计研究打好了基础。     

具有线约束的曲面四边形网格自动生成算法研究

提出了一种具有线约束的曲面四边形网格自动生成算法。该算法分成二个大的步骤:先用约束Delaunay三角化方法生成曲面三角形网格,然后通过定义一些拓扑操作,利用前沿法将三角形网格转化成四边形网格。与传统的算法相比,本文算法能够处理约束边等特殊约束情况。最后给出了例子用于验证本文的算法。