基于球面调和函数的柔性体力触觉建模研究

为了提高虚拟柔性体力触觉交互中物体形变与力的准确描述及计算效率,提出一种基于球面调和函数表达的柔性体力触觉建模方法。利用球面调和函数的多尺度性进行物体碰撞检测实现,在变形体的密度、杨氏模量、泊松比等参数已知的情况下,根据在力作用下的物体形变使用简化后的波动方程计算变形量和反馈力生成。实验结果表明,采用该方法可以准确描述柔性体的形变过程,其所需的计算成本在可接受的范围之内,可被应用到各种力交互辅助的医学应用中。

基于球面调和函数的漫反射表面快速光照技术的研究

基于图像的光照是计算机图形学中一个新的研究领域。本文研究了一种基于球面调和函数理论的快速光照技术,此方法采用三阶球面调和函数近似估计理想漫反射物体表面的光亮度,以此实现物体表面光亮度的计算。实验结果表明,本算法能够实现真实感图像的实时绘制。

含有球面调和函数的大尺度线性方程组的数值解法

针对标准的最小二乘拟合方法计算球面调和展开时延展性差且计算大尺度线性方程组时精度低的问题,文中给出一个迭代残量拟合算法,用来求解含有实值球面调和函数的大尺度线性方程组,能够精确地生成大尺度3D曲面的球面调和模型.算法易于实现,对硬件要求低.

基于球面调和函数和Fourier变换的三维模型刻画

三维CAD模型的重用里,通过球面调和分析可以将三维立体模型由时域转换到频域,然后在频域内基于频谱信息完成模型的相似性评价,而球面调和函数的建立,Fourier变换到小波矩变换是模型几何特征刻画精致化的基础。

一种基于球面调和函数的柔性体建模方法实现

给出了球面调和函数表达柔性体模型的原理,重点探讨了一种新的基于球面调和函数多尺度性的虚拟柔性体建模方法的实现机理。实验结果表明,该方法可以实现柔性物体的精确建模和实时表达,适合应用于虚拟现实的柔性物体碰撞检测、虚拟手术等对场景实时性要求较高的领域。

基于球面调和函数的环境映射技术

针对三维虚拟场景的光照一致性问题,以提高场景的真实感为目的,研究了一种基于环境映射的光照技术。此方法采用全景辐射度图对场景进行照明,并利用球面调和函数近似估计理想漫反射物体表面的光亮度,同时添加了漫反射阴影交互转移,实现了低频光照环境下漫反射物体捕获软阴影的实时渲染。实验结果表明,算法绘制质量高,具有一定的实用价值。

采用球面调和函数刻画岩心孔隙形态研究

针对统计特征函数和传统的球面调和函数不能有效刻画岩心三维模型形态特征的问题,提出了一种岩心球面调和函数.首先将三维岩心分解成同心球模型,并根据同心球的不同半径得到一系列的球面函数.然后对生成的球面函数进行调和分析获得形态特征描述子.最后通过相似性判定函数比较形态特征描述子获得不同岩心三维模型的形态相似性.利用多组砂岩岩心样本进行了比较实验,结果表明新算法能够有效描述岩心三维模型的形态特征,并且比统计特征函数和传统的球面调和函数具有更为准确的刻画能力.

球面调和函数的空间表示及其应用

文章通过讨论球面调和函数的相关理论与性质,由几种角度直观展示出球面调和基函数在空间中的几何结构及特征,并将其作为线性基的一种形式应用于光传输过程的预计算处理过程中,通过优化相关算法的性能,在一定程度上改进了模型的渲染效果,在保证足够渲染速度的同时,实现对光照环境的实时控制。

一种基于球面调和函数的3D模型仿真方法

描述了一种用于三维图像数据重构的可视化的新方法,其核心在于将三维图像数据模型分解为一组球面调和函数的正交基的扩展系数。利用最小二乘法将模型的原始数据坐标拟合成一组球面调和函数的正交基的扩展系数。这些系数可以通过个人计算机运算重建图像的三维模型。理论与实验表明:该方法的建模速度远高于一些传统的建模方法,为解决三维图像数据可视化中数据量大,建模速度缓慢等问题提供了一种新的解决方法。

基于球面调和函数的人脸识别

根据在任意光照下朗伯凸表面的图像可以由一个低维线性子空间近似这一原理,提出了一种新的人脸识别方法.首先使用共形变换原理把训练样本图像投影到球面和圆柱面的一个区域上,然后对球面和圆柱面上的图像用多项式插值方法进行扫描和插值,得到离散函数图像表达式.接着利用球面调和函数估计球面上图像的9个低频谐波系数,对待定的阶数求范数后得到三维的向量.最后依据最近邻决策规则进行识别.实验表明与PCA方法、F isherface方法以及SVD方法相比,该方法的识别率和对光照、姿态的鲁棒性均有明显的提高.

基于球面调和函数与距离场的柔性体碰撞检测方法

针对虚拟现实中柔性体碰撞检测实现的复杂性,提出一种基于球面调和函数(SH)的柔性体距离场碰撞检测方法。该方法利用SH的多尺度特性实现柔性体距离场的快速建立,依据距离场碰撞检测方法实现交互工具与虚拟柔性体的快速碰撞检测,并沿着距离的梯度方向进行柔性碰撞响应的快速估计。结果表明,相对于传统的距离场碰撞检测算法,该方法可大大节省内存占用量并有效实现交互工具与柔性体的碰撞检测,碰撞检测时间在毫秒级范围内,满足柔性体碰撞检测的实时性要求。

一种三维模型形状检索描述符

为了解决基于关键字的搜索方式不能准确查找三维模型的问题,对三角网格形式的三维模型提出一种基于内容的模型搜索算法.首先将模型中的三角网格再次划分,增加形状函数的维度,定义了一种新的三维模型形状函数,以提高形状函数的准确性;然后确定三维模型的极轴,将三维模型绕任意轴的旋转转换为绕极轴旋转,增强了球面调和方法提取的形状描述符旋转不变性;最后根据形状描述符之间的欧氏距离来度量三维模型的相似程度.实验结果表明,该算法适用于基于内容的三维模型搜索,并且在准确性和时效性方面都令人满意.

柔性体力触觉形变模型研究

针对虚拟现实力触觉交互中柔性体受力与形变的复杂关系,提出一种基于球面调和函数(SphericalHarmonic,SPHARM))的柔性体力触觉仿真模型。利用SPHARM的正交归一、旋转不变、多尺度等特性完成柔性体几何模型的准确表达;将柔性体在不同作用力下的形变模型映射到共同的参照系统中,在共同的参照系统中,利用主成分分析方法(Principal Components Analysis,PCA)完成柔性体在不同作用力下的形变比较,根据简化后的波动方程计算物体形变后的反馈力。实验结果表明,该方法可以准确表达柔性体的形变过程,适用于柔性体力触觉实时交互研究。

单幅图像融合参考模型的三维人脸重建

基于单幅图像的三维人脸重建以其数据获取简易而具有广阔的应用前景.本文提出了一种融合参考模型的方法实现基于单幅图像的三维人脸重建,其主要思想是以球面调和函数表示图像的光照模型,从而建立图像的光照信息与深度信息之间的解析关系;进而可基于参考模型的深度信息获得输入图像的近似光照系数,再根据近似所得的光照系数恢复其深度信息.该法不仅可完全自动化地实现,而且因不需要多个人脸模型的信息而优于基于统计模型的三维重建;由实验中对不同库中人脸图像及真实采集的人脸图像进行重建的结果发现,本文提出的重建方法是切实可行的.

基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测技术

针对线缆具有柔性可变形特性而引起线缆碰撞检测难的问题,提出了基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测方法。基于距离场的碰撞检测方法主要用于检测线缆与线缆、线缆与结构件之间的碰撞:首先通过建立线缆体廓包围球,完成线缆多细节层次球面调和的表达;然后生成三维距离场映射,获取线缆或结构件表面法向量和穿刺深度等碰撞反馈信息。基于扫掠剪除算法的碰撞检测方法主要用于检测线缆的自碰撞:先构建线缆分段数学模型,然后通过线缆离散点扫掠剪除完成线缆自碰撞检测。最后对算法进行了验证,算法具有较好的准确性和快速性,可以满足工程实际的要求。

边界对齐的平滑三维对称标架场

为了把广泛应用于网格四边形化和纹理合成的二维表面标架场拓展到三维,提出一种生成三维对称标架场的方法.不同于表面对称标架场(四对称方向场),二维标架场的对称性能用一个切平面的旋转角度来表示,而三维对称标架场的对称性却不能这样简单地表示.为了解决这个问题,利用球面函数来获得一个对称性表述,该表述对于绕任意一个轴的π?2旋转以及它们的复合是不变的.基于球面函数的表示可以获得一个有效的标架场光顺程度的度量,并以球面调和分析进行加速计算;基于一组边界约束,可以通过极小化这个度量函数来获得一个光顺的标架场,该标架场在表面上能很好地对齐法线.最后通过表面投影、流线追踪和奇异点来可视化这个标架场,并将这个光顺的标架场用于六面体网格生成,且讨论了它在生成高质量纯六面体网格方面的潜力,其与表面标架场在生成四边形网格方面的潜力是一致的.

虚拟柔性体实时形变仿真模型研究

为了在虚拟现实柔性体力触觉交互研究中得到稳定、连续、真实的力触感,提出一种基于球面调和函数表达的虚拟柔性体实时形变仿真模型,利用球面调和函数的正交归一、旋转不变、多尺度等特性实现物体的快速准确表达。在变形体的密度、杨氏模量、泊松比等参数已知的情况下,基于径向基函数神经网络模型预测柔性体受力形变后的SH模型。仿真结果表明,该方法不仅可以准确表达柔性体的实时形变,而且使得基于SH表达的柔性体形变的视觉刷新描述与柔性体反馈力的触觉刷新描述同步,从而满足虚拟手术仿真训练等虚拟柔性体力触觉交互研究要求。

基于图形硬件的辐照度环境纹理图的计算方法

辐照度环境纹理图是绘制任意光照环境下漫反射物体表面的一种有效的方法。为了实现动态光照环境下辐照度环境纹理图的实时绘制,基于当前的通用图形硬件,提出了一种采用顶点着色器快速计算辐照度环境纹理图的方法。该方法从分析球面调和函数入手,首先得出环境贴图的二次多项式表达形式;然后用顶点着色程序对多项式系数和球面调和函数进行加速计算,以快速生成辐照度环境纹理图;最后对于动态光照环境,则通过对环境纹理图的分级细化来加快光照系数的计算,进而实现了动态光照环境下辐照度环境纹理图的重新绘制。实验表明,在动态光照条件下,采用该方法在获取真实感光照效果的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求。

环境贴图在VR系统中的应用研究

为了把环境贴图应用于VR系统中,实现场景对象的真实感绘制,首先从分析球面调和函数入手,提出了漫反射环境纹理图的快速计算方法。在研究镜面反射模型时,提出采用箱式滤波器代替Phong余弦函数滤波的方法,从而简化了镜面反射环境纹理图的滤波计算。在实现阶段,采用立方体环境纹理图表示场景光照环境,并对纹理图进行分级细化从而提高了绘制效率。实验表明,该方法实现了物体漫反射和镜面反射的快速绘制,非常适合虚拟现实应用。

一种面向视景仿真的快速环境贴图方法

环境贴图是绘制物体表面漫反射和镜面反射效果的一种有效方法。为了把环境贴图应用于视景仿真中,实现场景对象的真实感绘制,首先从分析球面调和函数入手,提出了漫反射环境纹理图的快速计算方法;然后在研究镜面反射模型时,提出采用箱式滤波器代替Phong余弦函数滤波的方法,从而简化了镜面反射环境纹理图的滤波计算;最后在实现阶段,采用立方体环境纹理图表示场景光照环境,并对纹理图进行分级细化从而提高了绘制效率。实验表明,该方法在增强对象真实感的同时,其运算速度也能满足交互系统的需求,非常适合视景仿真应用。