一种新的压缩体素模型及其应用

用体素模型 ( Voxel)表示体积较大或精度要求较高的物体时需要大量的计算机存贮空间 ,相应的操作时间也较长。介绍了一种压缩表示形式的 Voxel模型结构 ,该方法用 3个方向的 Dexel模型表示 Voxel模型 ,其计算机内部存贮空间得到了很大的压缩 ,布尔操作也得到了进一步的简化。文章也讨论了压缩体素模型的图形显示方法 ,提出基于渐进立方体 ( Marching Cubes)方法的优化表面三角网格提取算法 ,并利用 Open GL功能显示产生的表面三角网格。基于该压缩 Voxel模型开发的虚拟油泥造型系统在实际中得到了应用 。

辐射防护用中国参考人体素模型建立、应用及最新进展

以中国女性参考人体素模型为例,介绍了中国成年男女参考人体素模型的建立工作,包括构建非均匀骨模型,补充辐射敏感器官,进行器官二次分割和调整等过程。最后建立的中国参考人体素模型基本包含了ICRP新建议书中所有辐射敏感器官,器官质量与中国参考人数据差异基本在5%以内。该模型在内照射、外照射方面均得到一定应用,研究结果为我国辐射剂量评价工作提供了基础数据。最后介绍了人体体素模型的最新进展:精细乳房模型和微观骨模型。

体素模型表面优化提取方法及图形显示

三维体数据的显示方法有2种:直接体绘制方法和间接体绘制方法.本文首先比较了这2种体数据显示方法的优缺点,然后介绍了基于渐进立方体(Marching Cubes)方法的间接体绘制方法.根据压缩形式的体素模型特点,提出了一种新的体素模型表面三角网格提取优化算法,该算法利用材料变化信息直接在位于物体表面的体素模型中提取表面三角网格,与传统的Marching Cubes算法相比,该算法不仅可以跨越物体外部全空的体素,还可以跨越位于物体内部全实的体素.该方法在基于Voxel模型的五坐标数控加工仿真系统中得到了应用,测试结果表明,采用该方法提取体素模型表面三角网格时可以提高效率2～3倍.

基于三维体素模型的功能梯度材料信息建模

以快速成型技术为背景,提出了一种基于体素模型的功能梯度材料/零件建模方法。根据八叉树结构,将复杂CAD模型离散为精确的26-邻接体素模型,选取点、线或面作为参考特征,以数字距离变换为手段,计算体素中心到特征点、线或面的最短欧氏距离,选取适当的以此距离为变量的材料组分分布函数,建立起复杂零件的功能梯度材料模型,实验证实了本方法的有效性。

基于体素模型的外照射剂量精确评估方法研究

辐射环境下工作人员的剂量评估是辐射防护研究的重要内容之一。考虑到人员所处辐射场的不均匀性以及不同器官辐射敏感性的不同,需对人体及器官的辐射剂量进行精确评估。基于FDS团队自主构建的高精度中国辐射虚拟人Rad-HUMAN体素模型,本文发展了一种人体外照射剂量精确评估方法,并与传统人体剂量评估方法进行对比。结果表明,基于体素模型的人体器官辐射剂量评估方法能实现器官级的辐射剂量精确评估。目前该方法已集成至FDS团队自主开发的核与辐射安全仿真系统RVIS中。

基于体素模型的3D打印支撑算法

3D打印技术是通过对材料的逐层堆积来构建物体,但对模型悬空的区域需要添加支撑结构。支撑结构不仅会造成打印材料的浪费,而且会延长打印时间并对模型外表有所损伤。为此,提出一种基于体素模型的支撑算法,针对体素化后的模型,分析体素之间的相互支撑作用,并引入体素支撑能量函数概念和计算方法,计算出需要添加支撑的体素,从而得到需要添加支撑结构的区域,并由该区域生成支撑结构,之后通过实验对算法进行验证。实验结果显示该算法能够更加准确地对模型生成支撑,同时,基于体素模型的支撑算法对于模型内部支撑计算,也具有很好的适用性。

基于像素模型的CT仿真投影快速计算

提高仿真投影的计算速度一直是CT仿真技术的重要研究内容。针对像素模型的投影计算,提出了一种快速仿真投影生成算法。首先确定射线与像素模型边界相交的起始像素索引及纵向距离,然后通过该纵向距离依次计算射线穿过的像素索引及相交长度,同时累加出投影数据。实验结果表明,该算法大大提高了投影计算速度,与Sid-don算法相比取得了约7倍的加速比;图像重建结果也证明了该算法的正确性。

基于体素模型的三维显示技术

针对矿产资源勘探数据的特点,研究了适合地质体信息三维可视化的体绘制模型和空间插值算法。基于IDL软件平台,开发了三维数据可视化软件;该软件能够快速、准确地将地质体的物性特征展示出来。最后,以内蒙古某金属矿床钻孔资料为例,对建立的三维可视化方法技术进行了应用检验,取得了较好的应用效果。

气动肌肉的三元素模型辨识研究

基于Reynolds所提出的气动肌肉三元素模型理论,通过实验对自制的气动肌肉进行了模型参数辨识,结果表明三元模型的有效力系数F与压力P呈近似线性关系,弹簧系数K与压力P呈近似的分段线性关系,且随P的增加先减小后增大。因此,采用分段模型对Reynolds三元素模型进行了改进。考虑到阻尼系数B数值相对较小,对气动肌肉动力学方程的贡献较小,改进的模型采用有界的函数来表示阻尼系数B。最终,设计了两种不同的滑模控制方法,通过控制实验证明了辨识模型的有效性。

基于中国参考人体素模型环境外照射剂量转换系数的计算

基于中国参考人体素模型计算地面污染和空气浸没情况下环境外照射剂量转换系数,主要用于核事故情况下公众及工作人员有效剂量的快速估算.首先,采用二次源项方法,基于Geant4模拟进入人体周围圆柱面入射光子的高度、角度和能量分布;其次,利用中国参考人体素模型和二次源项结果作为MCNPX模拟的输入项,计算15ke V至10 Me V能量范围内20组单能光子外照射剂量转换系数,和文献数据吻合;最后,利用ICRP第107报告核素衰变程序并对单能光子外照射剂量转换系数进行插值,计算了核事故情况下68种常见核素外照射剂量转换系数.与本文结果对比,国标中用于快速估算人员受照剂量转换系数值在地表沉积情况下偏保守,而空气浸没下中高Z放射性核素则偏低.

基于体素模型的砂岩侵入体三维重建

砂岩侵入体是由沉积后的砂岩再活动并侵入到周围地层中形成的一种特殊砂体。为了研究其演化过程,设计了砂岩侵入体形成过程的模拟实验。针对实验结果,提出了基于体素模型法和Petrel软件的三维重建方法:在实验切片的基础上,对所得到的实验照片进行预处理,将其转化为Petrel软件能够识别的Gslib格式的数据体,再使用克里金插值算法进行模拟。结果表明,克里金算法可以很好地再现砂岩侵入体的外部形态,多组切片的特征参数统计可以定量地刻画出侵入体的形态,以期为实际岩性油气藏中的规模预测提供理论指导。

基于压缩体素模型的快速成型直接切片算法

基于STL文件模型的间接分层切片算法存在缺乏拓扑信息,面误差诊断修复困难等问题,结合压缩表示形式的体素模型特点,提出了一种新的基于压缩体素模型直接切片分层优化算法。该算法利用Dexel模型记录的Dexel射线和物体交点所表达的物体表面点位置,通过设定分层平面厚度等参数获得截面轮廓数据,生成可直接适用于快速成型系统的共用层接口CLI文件。该算法在虚拟油泥造型系统中得到了应用,实验结果表明算法稳定、分层效果良好。

基于压缩体素模型的鼓形刀空间扫描体构造方法及其应用

首先给出了鼓形刀空间扫描体构造公式并构造出其表面模型,利用Ray Casting方法将该表面模型进行离散,转化为压缩体素模型,该模型采用沿X,Y,Z3个坐标轴方向相互垂直的Dexel模型表示,各个Dexel模型之间按体素模型大小均匀分布.刀具空间扫描体模型和仿真工件模型之间的布尔运算转化为Dexel模型之间的一维布尔运算,简化了布尔操作并提高了操作速度.通过Marching Cubes方法提取数控加工仿真工件表面三角网格模型并进行图形显示,提高了仿真工件显示质量,NC编程人员可实时地从任意方向观察、验证仿真结果.该方法已成功地应用于基于压缩体素模型的五坐标数控加工仿真系统中,克服了现有五坐标数控加工仿真方法和商品化软件系统的不足.

概率体素模型中建筑物精确三维结构提取

从图像中重建的三维体素模型通常存在噪声和建筑物结构不完整的问题,分层边缘拟合方法为解决该类问题提供了一种思路,然而实际场景中建筑物横截面轮廓复杂多样。为此,提出一种两步式由粗到细的边缘拟合算法,在层图像上拟合建筑物横截面轮廓。利用分层投影方法将三维模型投影到二维层图像上,并采用一种结合上下文信息的基于密度的聚类方法去除场景中的噪声,通过形状分类和形状拟合得到平面轮廓的精细拟合结果。最终的三维模型由层图像上边缘拟合结果组合而成。实验结果表明,与最初重建的模型相比,该方法可使精确的建筑物模型更加规则完整且几乎没有噪声,同时大幅减少存储空间。

一种压缩体素模型在加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统的基于空间分解的体素建模方法需要计算机内存空间大,仿真时间长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,大大简化了仿真过程中的布尔运算,有效压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高。根据该压缩模型特点,设计了基于MachingCubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍,在实际应用中取得了良好的效果。

基于联合像素模型和WAVES的多频InSAR相位融合

提出了一种基于联合像素模型和信号子空间加权平均方法(weighted average of signal subspaces,WAVES)的多频带In-SAR自适应相位融合方法。首先,采用联合像素模型对各频带InSAR信号建模,然后,借鉴WAVES的思想对多频带信号子空间进行聚焦和加权,获得通用协方差矩阵,最后,利用窄带估计方法估计出绝对干涉相位。该方法可以在图像配准精度很差(可以允许达到一个分辨单元)的条件下获得稳健的干涉相位估计性能,仿真数据和SIR-C实际雷达数据验证了此方法的有效性。

基于压缩体素模型的Marching Cubes优化算法

等值面的提取是科学可视化的重要一环,面显示算法中经常使用的是Marching Cubes算法。针对经典Marching Cubes算法遍历Cube需时较多且占用大量计算机资源的缺点,提出基于压缩体素模型的Marching Cubes优化算法,其利用材料变化信息直接在位于物体表面的体素模型中提取表面三角网格,省略了物体外部全空和内部全实的体素,提高了表面提取的效率。此算法已应用于虚拟油泥造型系统中,取得了很好的效果。

基于压缩体素模型的环形刀空间扫描体构造新方法及其应用

提出了一种基于压缩体素模型的环形刀空间扫描体构造新方法。将环形刀分解为相应圆环体和圆柱体两部分,通过一系列运算生成环形刀空间扫描体压缩体素模型;采用三个方向的Dexel模型表示体素模型而使得计算数据量得到了很大压缩,提高了布尔操作速度;通过Marching-Cubes方法提取数控加工仿真工件表面模型并进行图形显示,提高了显示质量和显示速度。仿真结果三维信息完备,数控编程人员可从任意方向观察、验证仿真结果。

愈创木基型多聚体木素模型物合成工艺条件的优化

采用正交试验法研究了β-O-4结构愈创木基型多聚体木素模型物合成工艺条件,优化得出适宜的聚合条件为:时间4.5h,反应温度55℃,溴代乙酰基愈创木酚在二甲基甲酰胺中的质量浓度22%,K2CO3与溴代乙酰基愈创木酚质量比0.7;适宜的还原条件为:时间10h,反应温度40℃,未还原聚合物在二甲基亚砜中的质量浓度1.6%,NaBH4与未还原聚合物质量比1.4。聚合过程中反应时间影响最大,其次为反应温度、溴代乙酰基愈创木酚在二甲基甲酰胺中的质量浓度,最后是K2CO3与溴代乙酰基愈创木酚质量比;还原过程中未还原聚合物在二甲基亚砜中的质量浓度影响最大,其次为NaBH4与未还原聚合物质量比、反应时间,最后是温度。另外,采用1H-NMR表征了最优条件下合成所得的木素模型聚合物。