Fingerprint Representation Methods Based on B-Spline Functions

The global characteristics of a fingerprint image such as the ridge shape and ridge topology are often ignored in most automatic fingerprint verification system. In this paper, a new representative method based on B-Spline curve is proposed to address this problem. The resultant B-Spline curves can represent the global characteristics completely and the curves are analyzable and precise. An algorithm is also proposed to extract the curves from the fingerprint image. In addition to preserve the most information of the fingerprint image, the knot-points number of the B-Spline curve is reduced to minimum in this algorithm. At the same time, the influence of the fingerprint image noise is discussed. In the end, an example is given to demonstrate the effectiveness of the representation method. Key words fingerprint matching - B-spline interpolation - knots detection - parameterization - boundary condition CLC number TP 391. 41 Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (90200400) and Wuhan Technology Committee (991009185G)Biography: Ruan Ke (1979-), male, Master candidate, research direction: digital image processing.

基于Powell-Sabin细分的参数曲面重建方法

将复杂几何体网格转换为参数曲面是CAD几何引擎设计中的关键问题.针对赋予四边形粗剖分结构的三角网格模型,提出一种基于Powell-Sabin细分的参数曲面重建方法.首先利用均值参数化方法建立每个粗四边形结构MT到参数域D的映射,同时得到D的三角剖分△;然后对△进行一次Powell-Sabin细分得到加细三角剖分△^(S),并且利用MT的几何信息构造二元一次样条函数空间S(△^(S))中的插值函数S;对D均匀采样之后,利用插值函数S得到规则型值点作为参数曲面表面点的近似;最后建立具有光顺性质的能量函数,求解出双三次B样条曲面的控制点网格,完成曲面重建.实验给出了柱面、鞍面等基础曲面和人头模型等自由曲面的重建结果.数值结果表明,与自适应算法相比,所提方法能够捕获由给定三角网格呈现的几何细节,重建复杂模型的点距均方误差减小38%.

基于参数驱动和自动剖分的体参数化模型构建

为实现计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助分析(CAE)的一体化,构建适用于等几何分析的模型,有关学者提出体参数化造型方法。针对体参数化模型构建过程中存在的操作烦琐、耗时长等问题,文章提出一种参数驱动体参数化模型快速构建的方法。首先,从草图中提取模型轮廓参数,利用提取到的参数构建模型的样条曲线轮廓,其次结合剖分算法对曲多边形进行剖分,最后将二维曲面映射到三维得到体参数化模型。实例表明该方法能够通过较少的模型参数快速得到体参数化模型,无须进行节点矢量等数据的重复输入。

大范围网格曲面曲线设计方法及应用

为了满足齿科在离散网格曲面建模中对曲线设计高效性、鲁棒性及基于网格曲线个性化建模等方面的要求,提出了一种基于局部参数化的离散网格曲面样条曲线设计方法。该方法放松了对样条曲线全局连续性的约束,将平面参数域内的全局样条线设计转化成在局部区域内的分段样条曲线设计,提高了参数化网格曲线设计方法的效率及鲁棒性,使其能够不受编辑范围、网格模型复杂度及网格亏格的影响,满足大范围的网格曲线实时编辑的要求,以及齿科个性化建模软件中基于曲线建模的需求;引入两型值点间的最短路径,解决在样条线设计过程中,因相邻两型值点距离过大而导致算法存在的鲁棒性问题;引入局部光顺算法,在型值点附近进行流行约束下的光顺,提高样条曲线的光滑度。实验表明,基于平面参数化域的局部分段样条曲线设计方法在效率、鲁棒性及实用性方面具有一定的优势,综合性能较好,能够满足齿科建模软件的实际应用需求。

基于切向约束构造复合二次B样条插值曲线

该文提出一种构造二次B样条插值曲线的新方法,包括新的参数化方法和新的插值方法.新参数化方法中,相邻曲线段的连接处与插值点相一致,以插值点的切向作为约束,利用二次B样条曲线本身的几何性质进行参数化,使曲线在每个插值点上都满足指定的切向,可以直观地控制插值曲线的形状以达到预期效果,参数化方法稳定,不必解方程组.在新参数化方法的基础上进一步提出了分段构造的思想,将形状不好的段分成多段构造,除插值点的切向外还留有其他的自由度进一步直观调控曲线的形状,使得二次B样条插值曲线的形状更自然.新方法对于数据点的改变具有良好的局部性.实例表明该方法是有效的.

基于草图交互的个性化服装生成方法

以建立和交互修改三维服装草图为设计手段,提出在三维人体模型上生成三维个性化服装的参数化造型方法.服装草图由2种基本几何元素组成:体现人体围度信息的封闭样条曲线和体现人体在高度方向上曲面形状过渡的不封闭样条曲线.将服装草图约束分为2类4种:一类是体现服装宽松程度的人体与服装曲面之间的间隙约束;另一类是服装几何元素本身之间的共点、共面与对称约束.从人体的特征点出发,通过间隙约束生成服装草图的几何元素;在共点、对称和共面约束下,由服装草图几何元素建立拓扑结构为四边网格的服装草图.服装草图的交互修改是草图约束维护的过程,构建侧视图、正视图、断面图3个视图组成草图修改平台,在平台上交互编辑特征曲线.服装曲面则以三维草图为框架,通过对四边网格双线性Coons曲面插值生成.提供的设计方法使服装的造型变得简洁、灵活.

典型翼型参数化方法的翼型外形控制能力评估

现代飞行器的精细化设计需求要求翼型参数化方法具有精准的翼型外形控制能力。依据标准的风洞模型公差要求,以五个典型翼型作为测试翼型,分别对Hicks-Henne参数化方法、样条参数化方法、PARSEC参数化方法和CST翼型参数化方法的翼型外形控制能力进行评估,依据每个翼型参数化方法的评估结果并结合其固有特点进行适应性分析。结果表明:四种翼型参数化方法对翼型外形的控制能力存在较大差别,具有不同的适用范围。评估典型翼型参数化方法的所得结果可指导设计人员依据具体的设计需求选择适当的翼型参数化方法。

基于离散指数映射的网格曲面上曲线设计与复用

把指数映射参数化方法引入到网格曲面上自由曲线的设计中,提出一种网格曲面上测地B样条曲线复用操作方法。指数映射局部微分同胚的性质,可以保证局部网格参数化的有效性。对于生成的测地B样条曲线,采用离散指数映射方法参数化其控制顶点,得其法坐标,在保证法坐标不变的前提下,通过改变参数化区域,可以实现测地B样条曲线实时滑动、旋转、缩放等效果。测地B样条曲线生成和局部网格参数化都不依赖于网格模型的整体规模,适用性强。试验结果表明,基于离散指数映射的网格曲面上曲线设计与复用方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。

基于样条模型的多传感器目标跟踪算法研究

研究武器试验中多传感器目标跟踪的数据融合问题。通过用样条函数表示目标轨迹参数,建立了问题的节省参数模型,并构造了快速的样条递推算法和参数估计算法。采用样条函数这种稀疏表示方法后,新方法能有效地减少待估参数的个数,提高参数估计精度,在减少计算量的同时降低处理系统的存储负担。仿真结果说明新算法能在很短的时间内完成数据融合,且得到的融合结果精度很高。

涡轮弯扭叶片的几何造型

现代涡轮叶片是弯曲、扭转、变截面的复杂流线型面 ,一般无法解析表达 .为满足叶片型面数控加工要求 ,针对给定若干叶片截面上型值点的情况 ,采用节点号参数化双三次 B样条插值曲面对完整弯扭叶片进行三维造型 ,并提出考察造型型值点网格密度是否满足加工精度要求的判断准则 .实际加工证明 ,此算法简洁、稳定 。

基于新型神经网络PID控制器的温室温度控制技术

针对温室温度控制系统所存在的大惯性、非线性等问题,对基于重新参数化的B样条神经网络以及考虑到早熟现象的改进粒子群算法的B-BP-PSO-PID控制器进行研究;提出由PSO寻优找到最适合的β因子,得到适合权值搜索的最佳B样条基函数;提出由考虑早熟处理的改进粒子群算法取代传统BP后向传播算法来作为学习算法,有效克服传统算法易于陷入局部最优的缺点;仿真中以某温室20个不同时间的温度数据作为测试样本,结果表明,新型控制器的平均超调量为9.9%,平均响应时间为8.7s,可以实现对温室温度的最优化控制。

地质建模中的B样条曲面拟合

Pigel和Tiller提出了简明、灵活的B样条曲面拟合方法.本文在Pigel和Tiller的方法的基础上,提出了适用于地质建模的基于重采样的B样条曲面拟合方法.该方法首先用重心坐标对原始的数据点进行重采样,然后对重采样得到的数据点进行拟合.拟合的误差可以通过修改控制顶点的个数来控制.结果表明:拟合得到的B样条曲面是光顺的.

不同材质服装的实时动态仿真

提出参数化的人体建模方法。将人体分为10个部分,并且定义了一系列特征参数用来控制人体的拓扑结构。文献[1]中提出的Zhang样条曲线被用于构造每个部分的人体表面。在完整人体模型的基础上,实现实时的着装模拟。在传统弹簧质点模型的基础上提出大弯曲弹簧以实现褶皱效果。另外,通过合理的参数设置以及多重校正机制实现不同材质的效果,包括丝质、棉质和弹性布料。实验结果证明该系统可以建立较为真实的人体模型,并且能实时地进行较为复杂的试穿仿真。

非均匀B样条曲面的自适应节点设置方法

针对非均匀B样条的节点设置问题,提出一种利用非均匀B样条曲面拟合离散数据的迭代算法,通过优化节点分布来改进拟合曲面的质量.该算法以带参数化的三角网格曲面为输入,在首次迭代中根据输入曲面的几何特征将其对应的参数域划分成若干个子区域,并使得每个子区域上累积的几何特征信息量近似相等,子区域的重心坐标将取为首次迭代的节点;在随后的迭代中,保证前次迭代生成的重心位置固定不变,并根据前次迭代得到的曲面拟合误差再次将区域划分成累积误差接近相等的子区域,新增加的子区域重心的坐标选为拟加入的节点.文中算法自适应地在曲面形状复杂或拟合误差大的区域引入更多的控制顶点,使得拟合曲面的质量得以逐步改进.实验结果表明,该算法快速有效,在拟合具有明显几何特征的输入数据时具有优势.

面向等几何分析的几何计算

等几何分析方法是一种直接基于CAD模型的精确几何表示进行物理性能仿真分析的新方法.文中从几何计算的视角出发,对等几何分析方法的基本框架,以及面向等几何分析的几何设计与计算的相关工作进行了介绍,重点介绍适合分析的计算域参数化、适合分析的新型样条理论、等几何配点法、面向等几何分析的并行计算等4个方向的研究进展.最后对需要进一步深入研究的关键问题进行了探讨.

满足数据点切向约束的二次B样条插值曲线

给出一种二次B样条曲线插值方法.利用数据点的参数化和节点向量的自由度,构造在各数据点满足切向约束的二次B样条插值曲线,直观地控制插值曲线达到预期形状.用文中方法构造插值曲线是一个递推过程,不必预先确定数据点参数值和节点向量、不必解线性方程组,而是在插值过程中根据数据点及其切向的约束条件递推地确定数据点的参数值、节点和控制顶点.该文方法允许插值曲线各段的连接点与数据点不一致,以使得二次B样条插值曲线的形状更自然.而且在满足数据点切向约束的条件下,还可利用节点进一步调控插值曲线的形状.另外,用文中方法构造的二次B样条插值曲线对于数据点的改变具有较好的局部性质.文中最后给出一些例子将该文方法与其它一些插值方法进行比较,实验结果表明,该文方法是有效的.

整机环境下的风扇/增压级叶片气动优化

采用自主研发的三维粘性气动优化设计平台对某双涵道风扇/增压级进行了气动设计优化;采用NURBS技术对该风扇/增压级各排叶片进行了参数化造型,包括二维叶型的参数化表达以及基迭线的弯、扭联合造型;采用NUMECA商用软件进行了风扇/增压级三维内外涵联算作为气动性能评估指标;基于该风扇/增压级三维内外涵联算,采用iSIGHT优化软件对风扇/增压级各排叶片进行了气动优化设计。在整机流量降低0.3428%的情况下,内涵增压级效率提高了1.43%;对风扇优化,在整机流量基本不变的情况下,整机效率提高了1.566%,并扩大了增压级的稳定工作范围。

服装CAD中三维人体模型的参数化研究

针对三角网格曲面表示的 3D人体模型缺少语义信息 ,提出一种 3D人体模型的参数化方法 :首先通过三角面片求交的采样策略得到采样点 ,然后使用B样条曲线构造人体轮廓线 ,最后由用户交互得到 3D人体模型的参数化信息 ,建立 3D人体模型的参数化模板 这样 ,在参数化人体模型模板的基础上 ,可以根据用户所输入的特定人体参数信息 ,动态地调整轮廓线和重建人体模型体表曲面 ,快速生成逼真的 3D人体模型 。

水平集与灵敏度分析相结合的流体形状识别与优化方法

针对流体拓扑优化很难得到较为精确结果的问题,将水平集方法与灵敏度分析方法相结合,发展了一种可用于流动形状识别的改进水平集优化方法。为实现水平集法向速度由界面到整个水平集函数求解区域的准确扩展,首先借助快速行进法,将法向速度由流体区向固体区扩展,然后经求解偏微分方程向整个设计区域扩展。通过求解二元二次方程组提取界面,采用无需样条参数化网格重构方法实现了流体区域内网格的重新划分,从而有效提高了物理场控制方程的求解精度。对Navier-Stokes和Stokes流动形状识别问题的研究表明:所发展的方法可以直接、较准确地求出边界上的法向速度,且将界面附近的法向速度准确地沿界面的法线方向扩展到整个水平集函数求解区域;最终,通过有效处理拓扑和形状优化过程中的拓扑变化识别出目标形状。

基于COM组件的UG/Open参数化设计研究

通过分析COM组件的特点,引入了基于COM组件的参数化设计开发思想,总结出了在UG/Open中应用COM组件进行参数化设计的方法,并以花键轴参数化设计为例,阐述了应用UG/Open进行参数化设计COM组件开发的一般步骤,为在UG平台上进行CAD系统开发提供参考。