体素几何模型中物体表面的绘制算法

在体素几何模型中 ,物体由体素表示 ,物体表面由边界体素表示。当体素大小与屏幕像素大小相等时 ,可把边界体素作为点向投影面投影 ,但这样易产生空洞现象和图像走样。基于物体边界体素 ,生成一个绘制表面 ,用光线投射法显示这个绘制表面 ,可以消除空洞现象 ,减轻图像走样。这种算法能生成光滑细腻的图像。本文生成绘制表面的速度比 Dividing Cubes算法生成表面的速度快     

基于多信息体素空间划分的高效自由曲面分层算法

随着多自由度增材制造技术的发展,直接基于曲面的分层处理和路径规划方法被广泛研究。针对目前曲面分层算法通用性不强、效率低下等问题,提出基于多信息体素空间划分的高效鲁棒的自由曲面分层算法。通过将三角面片表面体素化,快速筛选出相交三角面片,算法时间复杂度由传统算法的平方复杂度降低为线性复杂度,解决了以往曲面分层算法难以处理大尺寸复杂模型的问题。根据三角网格邻接边的拓扑连续性避免同一轮廓环交点在不同求交条件下的重复计算,解决交点重复求交过程因为浮点数计算误差导致的点扩散问题,获取正确曲面轮廓交线环。最后对交线环内部的曲面进行三角剖分,获取曲面内部信息,得到曲面分层结果。测试了不同模型的圆柱面、球面、自由曲面等类型的曲面分层处理以及算法运行时间,验证了本算法的高效性和正确性。在6轴KUKA机器人和2轴变位机组合装备上对螺旋桨模型进行加工试验,证明了本算法的实用性。     

一种改进的基于Facet模型的亚体素表面检测算法

在基于CT的工业应用中，常常需要从CT切片序列获得实体的3D高精度表面信息。介绍了一种基于Facet模型的亚体素表面检测算法，并针对其计算效率低的问题，给出了一种3DFacet模型的加速算法。该改进算法将Facet模型的三维卷积核分解为3个一维卷积核，使算法复杂度从O（m^3）降低到O（3m），并采用增量算法解决了由此产生的存储空间问题。通过对仿真图像的实验，验证了该算法的效率和精度，表明该算法在保持原始算法精度的同时，处理速度提高了约两倍。     

基于体素数据造型与SolidWorks的三维重构算法的研究

根据浮力法测量到的正方体体素数据，经过数据排序等处理，排除冗余数据点，将整体数据分割成薄层数据，由VB软件调用SolidWorks2004构造实体模型，提取薄层截面轮廓线，在SolidWorks2004中实现实体表面顺滑，并最终重构出三维实体模型。     

基于边界法线插值的两步法细分曲面造型

针对曲面造型中光滑边界曲线的插值要求（位置和法线），提出了两步法插值边界法线细分方法：首先按边界位置插值细分规则对控制网格进行一次迭代细分，分别计算其细分后的V点、E点、F点；然后调整边界点相邻顶点的位置来满足边界法线要求。该方法将插值边界法线先转化为邻城顶点的调整，后转变为单参数的求解问题，并通过实例验证了该方法能有效地控制细分曲面造型的边界形状。该方法对丰富细分曲面造型技术和推广其应用起到一定作用。     

增材制造中基于体素的并行偏置填充算法

为了提高增材制造处理时偏置算法计算效率,解决轮廓互相交和自相交问题,提出一种基于体素的并行偏置算法。该算法首先将待填充切片转换为图像结构,并记录交点线段索引,以实现信息继承;然后利用图形处理器(GPU)多线程执行,并行完成轮廓的填充和偏置运算;最后将信息还原为矢量图形结构时,利用线段索引减少计算结果的数据量,实现模型的GPU并行化偏置。通过实验验证了算法的有效性,且有效避免轮廓相交问题,与已有算法相比显著提高了处理效率,尤其适用于复杂模型的偏置填充。     

LED体三维显示BCC采样体素化

在LED立方体三维显示中,为了减少体素量和提高精度,采用BCC栅格采样方法。以"牛"模型进行实验,对比笛卡尔采样,BCC采样在采样点数量相等的前提下体素量减少27.6%;将BCC栅格的采样点数量降低到笛卡尔栅格采样点数量的70%后,BCC采样得到的体素模型实际体素量要比笛卡尔采样得到的体素量减少43.4%。     

基于几何约束的Doo-Sabin细分曲面修改算法

给出了Doo-Sabin细分曲面在奇异面的极限位置和法矢计算公式,定义了正则网格带的局部等参数线。通过建立局部坐标系对曲面上所有点进行局部参数化,把曲面上点的位置、法向量及局部等参数线等约束转化为所有待调整控制顶点的约束,得到线性系统,从而可以在满足上述多种不同类型的几何约束时修改曲面的形状。从控制网格扰动量最小和能量优化的角度给出两种修改算法,并利用广义逆矩阵求得显式解。约束的线性关系表明,两种方法都存在逆过程,修改的结果与过程无关,便于实际操作与控制。     

面向多体动力学仿真的零部件运动约束识别与应用

零部件运动约束的添加是多体动力学仿真建模过程中的重要环节.通过零部件CAD模型定位关系的分析,提出运动约束度及其运算规则,从零部件CAD模型的定位信息中识别运动约束信息,并分别进行零部件平动约束度和转动约束度的归并运算,求取模型的运动约束信息,实现零部件运动约束的自动添加.该方法在低压断路器的仿真试验中得到验证,结果表明该方法是可行的.     

平面图形惯性矩的边界型算法

本文以格林公式为基础，提出了平面图形惯性矩的边界型算法，适于某些复杂组合图形的惯性矩计算，尤其适于某些不建立表达方程的图形惯性矩的近似求解。     

基于蝙蝠算法的永磁同步电机健康状态监测

永磁同步电机健康状态监测问题可转化为永磁同步电机多参数辨识问题。为提高系统参数辨识及状态监测效率,提出一种基于多智能体蝙蝠算法的永磁同步电机参数辨识方法。多智能体的邻域竞争合作算子实现了蝙蝠个体间的信息交流,提高了全局寻优能力及算法的动态跟踪性能;自学习算子提高算法局部寻优能力,加快算法收敛速度。永磁同步电机多参数辨识结果表明,多智能体蝙蝠算法能快速有效地辨识电机各参数,依据参数变化实现对电机运行状态的监测及预警。与未改进算法相比,验证了改进算法的有效性和优越性能。     

基于预分割轮廓的CT图像亚体素表面检测方法

针对基于CT(computed tomography)图像检测分析中的点云提取精度与完整性问题,提出一种基于预分割轮廓的高精度、高完整性的亚体素表面检测方法。首先采用Otsu分割算法提取CT图像的体素级轮廓点集,并以此作为粗定位轮廓自适应地生成用于亚体素表面检测的完备感兴趣区域(region of interest,ROI);然后提出一种基于梯度非极大值抑制的表面体素判定方法,避免了梯度阈值选择难题;最后基于3D Facet模型定位亚体素级表面点位置。实验结果表明,该方法能有效改善传统亚体素检测方法的轮廓丢失、伪边严重等问题,轮廓定位误差小于0.2个体素,同时能够取得3倍以上的计算加速比。     

基于殖民竞争算法的多约束双边装配线平衡

针对实际生产中双边装配线平衡问题(Two-sided assembly line balancing problem,TALBP)所特有的操作方位约束、优先顺序约束、位置约束、区域约束、同步约束,介绍各个约束的特点及其对任务分配的要求,建立相应的数学模型。根据数学模型,设计相应的殖民竞争算法。在该算法中,对于不符合优先顺序约束的任务系列,提出二叉树调整方法,使任务分配仅在可行解空间内进行,提高了优化效率。将殖民竞争算法(Colonial competitive algorithm,CCA)的全局搜索能力与延迟接受爬山(Late acceptance hill-climbing,LAHC)算法的局部搜索能力有机结合,提出一种新型的混合殖民竞争算法,求解第I类平衡问题。通过多个算例测试验证了算法的有效性。     

基于边界曲线的细分曲面控制网格的生成研究

构造细分曲面的初始控制网格是利用细分曲面技术进行自由曲面造型过程中的一个重要问题。该文提出一种基于边界曲线的初始控制网格构造方法,其中包括曲线的离散化、基曲面边界回路识别以及回路内控制网格的生成等过程,以实现任意拓扑结构边界曲线的控制网格的生成。该方法在多种不同的曲线模型上进行了测试,简化了曲面造型的网格生成过程,可有效提高自由曲面的设计效率。     

支持概念设计的表面蒙面算法

提出一种针对任意多边形边界内嵌任意形状、任意多个内特征的“递归式”三维平面三角划分方法 ,该算法主要应用于产品概念设计中零件的可视化处理。在提出“有效线段”概念及相关三维平面“内外点的判定”方法的基础上 ,提出针对不同内外特征形状的一整套三角划分方法。较之一般的三角剖分算法 ,本方法着重提高了算法的简单性、通用性及处理问题的有效性 ,本文的研究成果已成功应用于“86 3”课题 :基于广义映射原理的绿色产品设计自动化软件系统中     

一种改进的网格模型功能梯度材料体素化算法

针对目前面向快速成形的三维CAD功能梯度材料表达方法存在的问题,分析了基于深度缓存三维模型体素法与基于八叉树结构的体素化算法,并提出一种改进的基于最小欧氏距离测度的网格模型体素化算法,以最小欧氏距离测度的网格模型体素化算法为基础,通过在体数据压缩结构RLE上增加体素逻辑坐标的方法,从而在执行效率、模型精度和修改方面达到很好的效果,所得体素模型为零件模型的功能梯度材料表达提供了良好的数据模型.     

平面图形面积矩的边界型算法

本文以格林公式为基础，提出了平面图形面积矩的边界型算法，适于某些复杂组合图形面积矩计算，尤其适于某些不建立表达方程图形面积矩的近似求解。     

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。     

基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法

针对现有三角网格模型表面体素化算法效率低的问题,提出一种基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法。该算法采用三角形细分方式获取大量顶点信息,采用面积阈值控制顶点的生成数量,并采用点的向量平移方式减少求解顶点坐标的计算量。通过建立顶点信息与三角形相交体素单元的一一对应关系实现三角网格模型的表面体素化。通过与现有2种算法在不同分辨率下的多种模型实验对比,表明该算法所需的采样点数量少于现有算法,在模型表面体素化效率方面优于现有算法。此外,所提算法也适用于亏格不为0和存在封闭内腔的三角网格模型。     

基于体素模型的多孔结构骨支架快速建模

为解决组织工程骨支架多孔结构设计建模问题,提出1种基于体素模型的多孔体骨支架建模方法。基于CT断层扫描图像,采用MC算法3维重建骨支架三角网格模型;采用分区划分,逆向追踪求交分层算法,获取骨支架分层截面轮廓线段;基于离散采样法,对分层截面轮廓线段等距扫描线填充、离散,生成骨支架体素化模型;构建孔隙单元结构,以体素化空间为约束边界,通过孔隙单元"映射",构建出多孔骨支架模型。研究结果表明,所提算法可以快速构建出能够构建孔隙结构可控的多孔模型,从而为骨支架建模提供了1种可行性的方法。