基于球B样条函数的烟草叶片虚拟实现

植物三维形态的可视化模拟是数字植物研究的基础。该文综合应用球B样条曲线和插值B样条曲面实现了以脉序作为结构骨架的烟草叶片几何建模。首先利用三维数字化仪等数据获取装置获取烟草叶片脉序主要形态特征点的三维坐标和厚度,然后利用球B样条曲线对脉序进行三维建模,生成叶片的形态骨架,与由插值样条生成的叶片曲面合成,实现了烟草叶片的三维重建和真实感显示。结果表明,该方法得到的烟草叶片几何模型与传统方法相比具有较高的真实感,为植物叶片叶脉尺度的高真实感几何建模提供了新的手段。

基于球B样条的3D人物角色建模与动画

提出一种新的人物角色的快速建模和动画的方法。通过使用球B样条实现以骨架为基础自动构建角色模型以及数据驱动的角色动画生成方法。给定人物角色骨架后,依据人体测量学根据骨骼长度计算出关节点处的半径。通过插值关节点以及半径生成球B样条曲线曲面表示的角色模型。根据所获取的运动数据(来自运动捕获),通过更新控制顶点来更新角色模型,从而实现角色的实时动画。

球B样条曲线结合树状结构的脑血管表示模型

针对分割之后的脑血管体数据场,提出基于球B样条曲线结合树状结构的表示模型.该模型中主要分为3个步骤表示脑血管:首先采用Hessian矩阵结合弹性球的方法获取脑血管的中心线和半径信息,可提高中心线的求取精度并且在中心线的求取过程中即可获得半径;然后对获得的中心线和半径进行树状重构,得到符合血管的形态拓扑结构,便于对脑血管进行遍历;最后对重构之后的每一分支血管采用球B样条曲线的方式来描述,以对脑血管病变区域进行检测,并能针对不同大小的显示窗口采用多尺度方式绘制.实验结果表明,文中模型在脑血管的显示、病灶检测等方面具有极大优势.

带参数的拟三次球B样条曲线及其内能极小化

作为一种基于骨架的参数实体模型,球B样条曲线可有效地用于自然界中广泛存在的可变厚度管状物体的造型。然而,当定义球B样条曲线的控制球保持固定时,球B样条曲线的形状不易调整。将一种带自由参数的拟三次B样条基函数替代球B样条曲线中的基函数,构造了带自由参数的拟三次球B样条;讨论了利用内能极小化方法确定拟三次球B样条所含参数的取值问题,构造出具有极小内能的拟三次球B样条。实例结果表明:带形状参数的拟三次球B样条曲线和具有极小内能的拟三次球B样条曲线符合管状物体的造型需要。

圆盘/球域控制点曲线/曲面在散乱数据拟合中的应用(英文)

提出了一种散乱点的参数化方法和两个拟合算法来解决用圆盘和球域控制点Bézier/B样条曲线和曲面拟合散乱数据的问题,还设计了一些例子来说明这些算法.

烟草花几何建模研究

为实现花冠联合植物的花朵几何建模,以烟草花为例,提出了一种基于球B样条曲线和参数曲面的花朵造型方法。通过对烟草花形态结构的观测分析,分别对雌蕊、雄蕊、花柄、花冠和花萼的几何形状进行了数学描述,提取了模型控制参数;结合颜色渲染色和整个花的拓扑信息,实现了烟草花整个模型的建立。实验结果表明,该方法可以有效地对烟草花进行模拟,可控性强,建立的模型有较高真实感,为其他花冠或花萼联合的植物几何建模提供了方法。

草莓三维形态几何建模与真实感绘制

为了实现草莓形态结构的三维可视化模拟,笔者提出了一种基于球B-样条的草莓器官几何建模方法,通过对草莓形态结构的观测分析,分别创建草莓茎、叶片、单花和果实等主要器官的几何模型,并提取了具有明确农学意义的几何模型参数;同时利用模板与纹理贴图等真实感渲染技术描述了草莓植株的局部细节特征,增加了模型的真实感。笔者提出的草莓三维形态建模方法易于与农业知识结合,且重构的形态模型具有较好的真实感效果,为草莓三维形态的交互设计和形态模拟提供了可用的方法和手段。

油菜花序三维形态结构数字化设计技术研究

为了实现油菜花序三维形态结构的交互设计、几何建模和真实感显示,提出了基于形态特征参数的油菜花序三维形态数学模型以及交互式设计方法。油菜花序模型的建立过程包括单花三维重构、花序三维重构和花序动态生长模拟3个阶段。通过对油菜花序形态结构的观测分析,分别创建了花瓣、花萼、花序轴、花轴、雄蕊和雌蕊等器官的几何模型,并提取具有明确农学意义的几何模型参数。实验结果表明,该方法可控性强,易于操作,可以精确地重构出油菜花序的三维形态,并且可以根据油菜花序结构的发展规律,实现油菜花序生长的可视化模拟。

面向脑血管物联网电子健康平台的分割及重构关键技术研究

在物联网应用中,脑血管诊疗的电子健康平台可以很好地实现脑血管健康异地保健和远程医疗的要求.设计实现了脑血管诊疗的物联网e-health平台层次结构.面对物联网平台网络的普及化应用要求,提出并实现了基于统计模型的脑血管无人工干预分割算法;面向物联网平台组件之间的快速和高可靠性数据传输特点,提出并实现了基于球B样条三维重构模型.基于双高斯模型的脑血管统计分割模型融合改进的SEM算法,无需人工设定初始轮廓、高维进化函数和进化终止条件.脑血管在脑组织中所占比例较低(<5%),成像灰度不均匀,形态复杂且个体差异性大,该方法可获得良好的分割效果.球B样条模型具有严格的数学基础、较小的数据规模、平稳的光滑连续性和良好的交互性,非常适宜在物联网平台上传输.在上述关键技术的基础上,研究实现了光线投射法的GPUCUDA的并行加速体绘制及三维虚拟环境下脑血管的交互漫游和自主漫游.系统可实现脑血管疾病的诊断、医疗方案的制定和治疗过程中的监测以及脑血管疾病的教学和培训.相关研究为物联网平台下精细组织电子健康发展作出了有益的尝试.

基于脉序骨架的小麦叶精细建模研究

为了实现小麦叶形态结构的三维可视化,基于小麦叶的脉序特征,提出了基于脉序骨架的小麦叶片三维几何建模方法。用B样条曲线表示小麦叶片和叶鞘上的叶脉曲线,用球B样条模拟叶片和叶鞘上的叶脉骨架,再连接已生成的叶脉骨架上相应的点生成叶片和叶鞘上叶脉之间的叶肉,建立了具有明显的叶脉分布和厚度的小麦叶几何模型。该方法可用于其它平行叶脉植物叶片的精细建模,具有较好的真实感。

植物茎秆可视化研究

植物茎杆的可视化模拟对认知植物骨架结构及提高植株真实感具有重要意义。为模拟作物茎秆的外部形态,提出基于球B样条的植物茎杆模拟方法。首先利用数字化仪或三维扫描仪获取作物的真三维数据,然后根据不同作物的特点灵活选用样条基函数计算得到中轴线,并根据中轴线确定轮廓线,最后根据枝干的弯曲情况确定各点轮廓线的法向。文中利用不同表达形式的球B样条实现了辣椒、黄瓜、玉米三种作物的茎秆可视化模拟,并在玉米的模型中将球B样条推广到了任意轮廓外形的作物形态研究。实验表明,该方法得到的模型能够比较真实地反映作物茎杆的弯曲程度及诸多细节,适用于多种作物,具有一定的应用前景。

水稻稻穗三维形态交互设计及可视化仿真研究

根据水稻稻穗的三维形态结构特征,分析稻穗的拓扑结构并进行参数化建模,实现水稻稻穗的交互设计及可视化仿真。首先,建立稻穗的几何模型,用B样条拟合的方法生成水稻的谷粒,用球B样条生成稻穗主轴、枝梗轴和小枝梗;在稻穗几何模型的基础上,基于OpenGL图形库,应用光照和纹理映射等渲染技术增强了真实感,实现了稻穗的三维可视化。实验结果表明,可视化模型具有良好的可控性和较高的真实感效果。