基于最小二乘法三维坐标转换的模型变形研究

如何在保证三维模型可视化效果的前提下实现三维模型的变形,既满足三维模型脱密精度的要求又能满足三维产品的应用需求,是目前自然资源领域研究的一个热点。针对此问题,本文提出了一种适用于任意场景的三维模型变形方法,在限差给定的条件下,引入最小二乘法进行三维坐标转换,在此基础上在多视影像区域网平差阶段完成坐标转换,从而实现三维模型的无损变形。试验结果表明,本文提出的方法能够有效地避免三维模型坐标转换过程中纹理拉花、结构损失等问题,可以获得良好的变形效果,为当前三维模型的脱密变形提供了一条新的技术路线。

模型变形视频测量的相机位置坐标与姿态角确定

高速风洞试验中的模型变形视频测量(VMD)要求双(多)相机大角度大重叠的测量方式,而通过现有共线方程的线性化模型难以取得高精度的相机位置与姿态角,故推导包含共线方程泰勒展开二次项的非线性误差模型,建立3控制点的VMD相机位置与姿态确定技术。多个工程实例表明该技术能取得高精度的相机位置坐标与姿态角,有实用价值。

面向服装CAD的多因素驱动人体模型变形技术研究

在以人体模型为基础的3维服装CAD系统中,为了获得设计师所需形体尺寸各异的人体模型,提出了一种多因素驱动人体模型变形的方法。该方法将人体模型的变形驱动因素分为尺寸因素、姿态因素和局部体形因素3类,并相应地提出了尺寸驱动、姿态驱动及局部体形驱动的人体模型变形算法。其中尺寸驱动采用基于截面环的算法和基于模板插值的算法,通过对人体特征尺寸进行改变来驱动人体变形;姿态驱动是通过关节变形算法来实现特定姿态的变形,并通过建立姿态库,以实现快速姿态匹配;局部体形驱动包括基于特征面尺寸和基于特征面形状的调整,以得到具有局部特征的人体。实例表明,该方法可对已有的人体进行快速变形,以获得用户所需的人体模型,从而满足了服装CAD中对人体模型的多样性需求。

面向车身结构分析的骨架驱动模型变形方法

提出一种面向车身结构分析的骨架驱动模型变形方法,实现有限元模型的有效重用.根据给定车身结构有限元模型的几何特点,定义描述车身结构的骨架曲线与包围车身结构的控制体.建立骨架曲线与模型控制体的约束关系,用户可对骨架曲线进行编辑,得到目标控制体形状.最终应用体变形方法,重构内嵌的有限元模型.数值实例表明,骨架驱动的模型变形方法能够实现有限元模型的有效重用,并为用户提供了直观便捷的交互方式.

虚拟试衣系统中的模型变形

在虚拟试衣系统中,所用的衣物模型都是预先制作好的三维网格模型.为了使虚拟衣服针对不同用户进行"量体裁衣",就必须对其进行网格模型变形.提出了一种基于人体轮廓图驱动的三维模型变形方法来生成与用户体型相符的衣物模型.该方法包括对网格模型的编码、选择和移动锚点,求解能量优化问题,最终得到变形后的网格,并通过网格简化操作加速网格变形,使得模型变形算法效率大大提升,论证了将模型变形应用于虚拟试衣系统的可能性.

准共形映射的三维模型变形算法

为了解决在三维曲面之间直接变形艰难、局部区域失真较大、对细节丰富或骨架不明显的模型变形效果差的问题,提出一种基于准共形映射的三维模型变形算法。首先,采用准共形映射将三维模型参数化到二维平面圆盘;其次,基于准共形迭代算法计算2个二维平面圆盘之间的映射,构建变形后的二维模型;最后,采用模型恢复算法从变形后的二维模型还原出三维模型,从而得到具有不同外观的三维模型。实验选取了2个公开数据集中的三维模型进行变形操作,并与基于拉普拉斯的微分坐标变形算法进行了对比。结果表明,该方法可以便捷地对模型进行平移、旋转和拉伸等操作,很好地保持了模型的局部特征,运行时间短,变形效果好,鲁棒性强。此方法能够适用于具有任意边界的模型,对模型的选取要求低,适用于各类三维模型的变形及三维模型的快速构造。

跨声速风洞模型变形测量实验中标记点影响研究

由于风洞实验的成本过高,模型变形测量实验中标记点对气动特性的影响研究一直被忽略,从而增加了气动力数据的不确定度。基于CFD方法通过3个不同条件下的Case研究了标记点对超临界翼型RAE2822气动力的影响规律。Case I中研究了标记点厚度从3 H到9 H变化和弦向位置从0.1到0.9变化对气动特性的影响;CaseII中研究了模型迎角从-4°到8°变化标记点对气动特性的影响;Case III中研究了4种不同的标记点组合方式在标记点厚度从1 H到9 H的范围内对气动特性的影响。计算结果表明标记点对模型气动特性的影响对标记点位置特别敏感,影响量随标记点厚度的变化呈现非线性特性。气动力影响量随迎角变化的计算结果表明,在模型迎角为正的条件下,标记点粘贴在下表面比粘贴在上表面对气动特性的影响要小很多。

语义值驱动的三维直立状态人体模型变形

在医疗设备,服装设计,电影制作和电脑游戏中三维人体模型是不可或缺的元素,但是通过扫描等途径直接获取的人体模型在很多环境下并不能直接运用,因此需要对模型根据所处环境进行适度变形。研究三维人体模型变形方法,引入语义驱动模型的变形。通过测量模型骨骼关节点位置并得到身高、腿长及肩高等模型语义值,对模型进行PCA降维,建立模型语义值与模型矩阵之间的映射关系,调整相关语义值获得相应PCA权值,并且将PCA权值重新映射到模型矩阵得到变形后的模型。

红砂岩粗粒土破碎性质及累积变形模型研究

红砂岩粗粒土具有易破碎性,在动力荷载反复作用下会发生颗粒破碎,导致路基产生明显的工后沉降。针对红砂岩粗粒土颗粒破碎的特点,采用室内动三轴试验仪进行了不同工况下的动力荷载试验,研究了动弹性模量、动弹性应变与粒径大小之间的关系,以及颗粒破碎率与颗粒形状系数变化率的关系。根据试验材料的动力破碎特性,构建了考虑颗粒破碎的累积变形模型,并对模型进行了修正。研究结果表明:颗粒粒径越大,动弹性应变越大,动弹性模量越小;动弹性应变先快速增大后逐渐趋于稳定,动弹性模量随着加载次数的增加不断减小,土体出现应变软化现象。颗粒形状系数变化率变化趋势与颗粒破碎率变化趋势相似,随着加载次数的增加,形状系数值趋近于1。此外,所构建的累积变形模型包含了应力状态参数、物理状态参数和拟合参数,能够较好地描述颗粒破碎状态下的红砂岩粗粒土的累积变形趋势。根据试验数据的反算结果,对累积变形模型的拟合参数进行了确定,便于在实际工程应用中对路基变形进行计算。由于室内试验与工程实践现场工况有一定区别,提出了模型修正系数ψ,提高了模型的预测精度。该研究结果可为红砂岩粗粒土路基设计、施工及运营提供理论依据和工程应用基础。

基于VMD-XGBoost-GRU模型的危岩体变形预测

针对以往对危岩体监测数据前处理效果不佳的问题,提出了一种用于危岩体变形预测的VMD-XGBoost-GRU组合模型。该模型采用变分模态分解(VMD)和样本熵理论将危岩体变形数据分解成多个子序列,利用XGBoost算法提取重要的模型因子实现特征降维,通过门控循环单元(GRU)神经网络对危岩体变形进行预测。以某水电站右坝肩陡壁上的危岩体变形预测为例,将VMD-XGBoost-GRU组合模型与BP、GRU和VMD-XGBoost-BP 3种模型进行对比与分析,结果表明,VMD-XGBoost-GRU组合模型在危岩体变形预测方面具有较高精度,可为危岩体安全稳定状态评价提供技术依据。

鞋楦特征驱动的鞋底模型个性化定制变形

鞋底模型变形控制是鞋类个性化定制数字化设计的关键技术之一。针对传统变形方法难以有效地实现鞋底模型个性化定制变形的问题,提出一种鞋楦模型数据驱动的分步变形策略,并基于径向基函数插值实现鞋底模型个性化定制变形的方法。在鞋楦模型与鞋底模型的特征提取和位姿匹配完成的基础上,将级放处理后的鞋底模型变形分为水平维度、竖直维度、内部区域和外部适应4个阶段变形,分别以鞋楦模型的相关特征作为驱动,利用径向基函数插值实现鞋底网格模型变形设计。算法实例表明本方法能够降低径向基函数插值稳定性依靠形状系数所带来的影响,有效实现鞋底个性化定制变形,且变形效果稳定良好。通过对比变形前后的随机采样点的间隙余量可以发现,鞋底模型内部区域较好地适应鞋楦模型曲面特征,达到个性化定制目的。

基于奇异谱分析和改进WOA-BP的大坝变形预测模型

变形是大坝安全性态的综合反映,建立其与环境量的可靠关系模型对保障大坝长效服役具有重要意义。现有预测模型易受数据集噪声和结构参数的影响,陷入局部极值或过拟合。为提高大坝变形预测的精度和泛化能力,本文提出了一种基于奇异谱分析(SSA)和改进鲸鱼优化算法(IWOA)的BP神经网络大坝变形预测方法。该方法利用SSA筛除数据噪声信息,提取大坝变形时间序列的特征分量;之后利用IWOA优化的BP神经网络挖掘去噪后数据和环境量之间的复杂非线性关系。以白莲崖拱坝为例并与传统优化算法对比分析,结果表明奇异谱分析可以有效剔除原始资料中的异常值,通过IWOA优化后BP神经网络具有更高的预测精度和稳定性,为大坝变形监测数据分析与预测提供了一种新的可行方法。

耦合时序特征分解筛选的大坝变形分析模型

高精度的变形预测对大坝安全运行和长期维护具有重要意义。针对当下方法预测精度低、数据信息挖掘不充分的问题,通过将变形序列进行变分模态分解,构建大坝变形影响因子与分量之间的关系,进而搭建不同结构参数的长短期记忆神经网络,最终提出了一种大坝变形分析模型。该模型综合灰狼算法、最小能量误差标准、最小冗余最大相关性方法等策略,从前端分解、信息提取和时序预测三方面对模型进行了改进,实现了最优化建模。实例分析表明,相较于常规监控模型,所提出的变形分析模型能够准确模拟坝体形变过程,具有较高的预测精度和泛化性能,可以为大坝变形安全分析提供参考。

风洞模型静弹性变形对气动力影响研究

介绍了一种基于模型变形视频测量系统和计算空气动力学研究静弹性变形对气动力影响的方法。利用模型变形视频测量系统获取模型在气动载荷作用下的静弹性变形,驱动模型表面网格运动,得到模型变形后的表面CFD计算网格。CFD计算变形前后网格外形下的气动力,研究模型变形对模型气动特性的影响。对一大展弦比连接机翼的测量与计算结果进行了分析,分析结果表明:模型变形对升力系数影响最大发生在升力线性变化的最大迎角附近,模型变形对阻力系数影响最大发生在失速迎角附近,模型静弹性变形对气动力的最大影响量远远超出风洞测力实验的精度指标,因此开展风洞模型静弹性变形影响研究与修正是十分必要的。

非规则三维建筑模型的保结构变形

为了快速生成大量与输入风格一致的三维建筑模型,提出一种针对非规则三维建筑模型的保结构交互式变形技术.该技术以一般的三维网格模型作为输入,经过若干预处理操作形成带标记的包围盒层次结构,以此作为变形操作的分析基础.变形算法的核心思想是将原始的复杂结构分解为一组一维的结构序列,然后逐条对一维结构序列施加变形操作.在对一维结构序列的变形过程中尽可能以可重复的元素来填充变形空间,实现对输入结构特点的保持.实验结果表明,该技术可用于各种不同风格的建筑模型.

风洞模型变形单相机测量误差分析与补偿算法

从描述像空间坐标与物体空间坐标之间几何关系的共线方程出发,推导了风洞模型变形单相机测量试验中展向坐标不变假设诱导的物体空间坐标计算误差的公式。针对2m量级风洞试验段,分析了相机位于不同安装位置对坐标计算误差的影响。基于弹性变形中大展弦比风洞模型剖面近似保持刚性的物理特性,提出了一种展向位移补偿算法,用于减小或消除展向坐标不变假设诱导的空间坐标计算误差。最后,采用数学仿真方法对提出的展向位移补偿算法进行了评估,数据结果表明:在模型表面RX/RY和RZ/RY存在奇性、空间坐标计算结果误差较大需要修正的情况下,该补偿算法可以得到比较准确的展向位移计算结果,从而将空间坐标计算误差控制在比较合理的范围内。

一种柔软柱状模型的弯曲变形方法

针对柔软柱状物体模型的弯曲变形,提出了一种能够实现细节保持与表面积保持的弯曲变形方法。该方法将柱状模型以及近似柱状模型提取其底面积、高度、弯曲形状等形状属性;建立柱体规则网格作为基础模型,通过径向计算获取细节模型,通过细节模型分离降低模型变形计算复杂度;使用阻尼曲线模拟柔软柱状物体弯曲内侧表面皱褶并实现表面积保持;最终通过细节模型合并,实现细节保持的弯曲变形。实验证明,本方法能够有效仿真柔软柱状物体模型的弯曲变形,并仿真物体表面皱褶特征,对于10,000顶点内的3D模型,可达到30FPS的变形渲染帧速率。

无模型变形的单图像立体显示算法

本文提出的算法从理论上消除了模型变形问题，分析了显示精度引起的视觉差异，提出了Ｍ－Ｂｕｆｅｒ结构解决匹配和消除三维隐藏点问题，极大地提高了运算速度，图像质量亦明显提高，更宜用于地貌研究。

基于非线性有限元的可变形模型的变形方法

三维模型的变形是计算机图形学与其他学科交叉研究的热点问题之一。针对采用线性应变对模型变形时,容易出现不符合物体在客观实际情况下的形变。给出了一个有效的模型变形方法。首先,通过采用几何删除方法对原始模型进行简化,使简化后的模型尽可能地保持原模型的拓扑形态;在此基础之上对其进行四面体剖分,进而采用格林应变对剖分后的模型进行变形。实验结果表明,在采用非线性有限元方法对模型进行变形时,先对模型进行简化,然后再四面体剖分,可以获得变形速率上的提升。

基于非均匀变形的人体模型定制算法

提出了一种改进的人体模型定制算法,采用非均匀变形算法将照片中的人体外形特征添加到参考人体模型中,得到个性化和结构化的新模型.算法首先采集照片、合成参考图像、提取人体的轮廓线并将其划分成若干分段,然后在切割线空间构造从参考轮廓线(源于参考模型)中的一点到目标轮廓线(源于照片)中一点的二维映射,最后通过投影、二维映射和反投影改变参考模型中每个点的几何位置,从而生成新模型.实验结果表明,算法生成的结果不仅能够更加准确地体现出照片中人的外形特征,而且保证了结果模型的良好拼合,同时输入的照片不要求其中的人摆出规定的姿势.