从工业界的角度看CAD技术的研究主题与发展方向

回顾了现有CAD系统所采用的主流、成熟技术 ,包括特征造型技术 ,基于历史的造型、参数化设计以及组件技术 从工业界的角度分析了当前CAD技术的若干研究主题 ,包括CAD与互联网、曲面造型、数据交换、从二维到三维、概念设计与早期设计等 并展望了未来的CAD系统 ,包括未来的计算环境、未来的机械CAD。

国际CAD产业的发展历史回顾与几点经验教训

详细回顾了过去 4 0年以来国际CAD产业的发展历程 :CAD技术在不断发展更新 ,CAD产业格局也在不断调整和变化 从历史发展中可以看到 :计算能力的提高、工业需求的推动和造型技术的进步 ,始终是促进CAD产业变革和发展的三大原动力 ,并造就了今天CAD技术和CAD产业的兴旺与繁荣 ,也促进了工业的高速发展 总结CAD产业发展的几点经验教训可以使我们清晰地认识。

Bezier曲面间几何连续拼接与拼接曲面构造

本文给出了由控制顶点网及拼接函数表示的两相邻Bezier曲面间任意阶几何连续的相容性条件并得到了所有与一给定Bezier曲面在边界上G^K连续的Bezier曲面的代数构造。同时研究了拼接函数不依赖于控制顶点网和相容性条件自动消失的两种重要的情形。

3D模型检索技术综述

全面地综述了 3D模型检索技术 ,介绍了 3D模型检索界面和一个 3D模型检索系统 。

基于径向基函数的残缺点云数据修复

提出一种具有较强鲁棒性的残缺点云数据修复算法,借助kD tree寻找点云的缺陷边界,确定点云的缺陷区域;然后利用二次曲面的特性参数化边界点列;最后,通过径向基函数表示的插值曲面计算位于残缺区域内部的数据点,实现残缺点云数据的修复.

点云数据压缩中的边界特征检测

点云数据压缩是逆向工程产品建模中必要的数据预处理手段之一。常见的数据压缩算法未考虑点云边界数据点的保留问题,因此在大比例压缩过程中会出现边界数据丢失的情况从而破坏了数据的完整性。为此,提出了一种利用点云数据小邻域内点的相邻关系来检测边界特征点的算法。该算法能检测出点云数据的内、外边界特征点,同时对边界上的点进行排序,检测出边界特征点中的过渡点,最后构建点云轮廓的边界多边线。该算法不仅能满足在点云数据压缩过程中检测并保留边界特征点的要求,而且生成的边界多边线也为后面的3维模型重建奠定了基础。

一种基于拓扑连接图的三维模型检索方法

提出了一种基于分割技术的拓扑连接图构造方法 ,并用于三维模型检索 .首先构造多层邻域计算用于度量每个三角片平坦度的信号值 ,根据这些信号值采用一种改进的分水岭方法把模型分割成不同的曲面片 .然后利用这些曲面片之间的连接关系构造拓扑连接图 .最后通过比较不同模型的拓扑连接图相似性来得到它们的匹配度 ,根据匹配度进行三维模型检索 .

基于本体的产品知识表达和检索技术研究

针对产品知识的表达、重用、共享和交流等问题,整合三维模型内容与产品设计领域的知识,提出了一个由元数据层、本体层和应用层3层构成的分层产品知识管理框架.元数据层自动从产品模型数据交换标准(standardfor the exchange of product model data,STEP)文件中提取数据,并提供对产品数据的精确导航.基于产品分层模型的本体层以一种通用的形式化方式表达了丰富的产品数据.应用层的检索机制,结合形状特征的自动提取和语义注释商法,在产品特征和本体概念间形成映射,弥合了基于实例方法和基于语义方法之间的鸿沟.原型系统的开发和实验结果证明了框架的有效性和可行性.

基于本体的产品数据语义互操作

在协同产品开发领域,为了实现产品数据语义互操作,提出了一个基于本体的产品数据语义互操作框架。首先,框架采用标准化方法,构建产品数据语义描述语言形式化表达产品模型;然后,组合语义等价和语义相似性度量方法在已有的应用本体和产品数据语义描述语言本体之间建立完善的映射关系;最后,以产品数据语义描述语言本体为中介,实现应用本体间的转换,完成异构计算机辅助设计系统间产品数据语义互操作。原型系统和应用实例证明了该框架的可行性和有效性。

协同环境下CAD模型的多层次动态安全访问控制

提出一个专门针对协同环境下CAD模型的多层次动态的安全访问控制(multi-level and dynamic security access control,简称MLDAC)模型.该模型利用一种多层次的权限模型,以简化权限定义及其分配过程,丰富了权限表达能力,实现了产品模型的多粒度访问控制.通过参照工作流的基本理念,引入权限的依赖关系及权限状态迁移概念,实现了权限的动态授权管理.通过实践证明,MLDAC模型可以对协同设计操作进行更加有效的控制,符合设计任务间的分工性、依赖性和交互性的特点.

基于分块的大规模地形实时渲染方法

将地形数据分块技术、层次细节模型(LOD)技术、改进的ROAM算法和数据预取技术等相结合,提出了一种超大规模地形数据实时渲染方法.通过分块策略对规则网格进行区域分割,采用空间填充曲线对分块网格进行多分辨率排列,并建立三角形节点顺序与剖分点之间对应关系的快速检索,实现数据快速调度;视见体投影简化分块裁剪算法降低可见性判断的复杂度,提高了计算效率;改进的四队列ROAM实时构网算法,很好地利用了相邻帧的相关性,有效地提高了渲染速度;基于视点预测、部分数据常驻内存的多线程数据预取实现了场景规模基本不相关的连续LOD实时渲染.实验结果表明,该算法高效可行,适合于海量地形场景的快速渲染和交互漫游应用.

三维模型语义检索研究进展

针对近年来三维模型检索研究不只是考虑形状相似性匹配,而更多地关注如何把语义知识应用于检索这一研究新动态,对三维模型语义检索研究现状,包括三维模型知识提取、语义检索中的主动学习机制、三维模型语义检索系统等方面进行总结.在此基础上,对已有研究成果进行比较分析,突出三维模型语义检索取得的进展以及存在的问题.最后,提出三维模型语义检索需要进一步深入研究的方向.

ICP算法在点云配准中的应用

逆向工程中经常需要把多次测量得到的点云进行配准。提出了一种基于特征点的改进ICP算法,在采用主方向贴合法实现初始配准的基础上,使用曲率特征点和k-dtree寻找最近点,提高了ICP算法的效率。该算法具有速度快精确度高的特点,并且在实际应用中验证了配准效果和算法稳定性。

自动采集样本的图像颜色传递算法

图像的颜色传递是将一幅图像的颜色特征传递给另一幅图像,使目标图像具有与源图像相似的色彩。提出了一种自动采集样本的图像颜色传递方法,利用无监督学习聚类把目标图像和源图像分别分成一定数量的色彩相近的子块,通过计算各子块的纹理特征和亮度统计值,建立样本块之间的对应关系。从各子块中取出数据点密度较大的像素组成样本块。进而利用最佳匹配算法,查找目标样本块的像素在源图像对应样本块中的最佳匹配像素,将其颜色值传给目标像素。以目标图像中已完成颜色传递的样本块作为参考样本,使用纹理对比方式完成样本块以外其它像素的颜色传递。该自动采集样本算法既可用于彩色图像间颜色传递,也适用于灰度图像与彩色图像间颜色传递。在目标图像和源图像的各子块有明显纹理和亮度特征时,该算法可方便地用于批处理和视频中。

3D网格数字水印研究进展

数字水印技术可用于CAD领域中的产品和数据的版权保护 ,还可以用来提高协同设计中信息的安全性 全面综述了当前国内外 3D多边形网格数字水印技术的研究状况 ,从水印算法的鲁棒性、复杂性和嵌入位置等不同角度概括了典型的 3D网格水印算法 ,并提出其中存在的问题 最后 。

噪声鲁棒的分水岭网格分割算法

提出一种对逆向工程网格噪声鲁棒的分水岭分割算法.该算法在计算网格离散曲率时,针对曲率计算对网格噪声特别敏感的问题,根据拟合曲面的曲面误差估计,动态地调整拟合曲面的顶点个数,提高了曲率计算的精确性,增强了基于曲率的分水岭算法对噪声的鲁棒性;通过后续的标识、聚类和分割后处理方法,提高了算法的分割精度和效果.该算法在大量的噪声网格模型上获得了较好的分割结果,适用于逆向工程中的二次曲面识别和NURBS曲面逼近.

用自回归(AR)和分层采样生成草书笔画纹理

提出一种基于自回归和分层采样的草书纹理生成方法,从草书作品中采集一些典型的笔画纹理,构建一个纹理笔画库;然后基于自回归模型生成新的草书纹理,并引入分层采样方法来控制纹理宽度;最后将生成的草书纹理映射到字上,得到满意的草书风格作品.

网格曲面中复杂孔洞的自动修补算法

为了修补三角网格模型中的复杂孔洞,提出一种基于边扩展的复杂孔洞修补算法.通过计算出孔洞边界的最小二乘平面,并将孔洞边界投影到该最小二乘平面上,得到投影多边形.当投影多边形存在相交的边时,则对每条相交的边采用边扩展算法,生成新的三角面片,从而将复杂孔洞剖分成若干个子孔洞.对新生成的子孔洞重复上述剖分方法,直至所有子孔洞变为简单孔洞后,采用平面三角化技术对简单孔洞进行修补,并采用细分技术得到形态均匀的孔洞三角网格.实验结果表明,该孔洞修补算法适用于三角网格模型中的各种复杂孔洞,能较好地保持原三角网格模型的细节特征.

国际CAD产业格局与新兴的CAD技术公司

经过 4 0年的不断发展 ,国际CAD产业已经走向成熟 首先分析了当前国际CAD产业的产业格局和生态链 ,将CAD产品和服务提供商划分为三类 :整体解决方案提供商、专业软件提供商、CAD组件开发商 介绍了国际上主流的CAD厂商和产品 ,包括DassaultSystemes,EDS/Unigraphics,PTC ,Autodesk ,SolidWorks等 详细讨论了当前国际上一些新兴的CAD技术公司和产品 ,包括Lattice,ImpactXoft,@Last等 这些新兴公司可能暂时还不为人所熟知 ,但是 ,今天它们所开发的新产品和新技术 。