An Overview of Modeling Yarn’s 3D Geometric Configuration

Modeling the 3D geometric configuration of yarn is the base of building the 3D fabric structure. The surfaces of the yarns are modeled by many facets. To improve the efficiency of modeling, 3D yarn is usually designed by Bezier curve, spline curve or B-spline curve on the principle of Computer Graphics. The paper reviews different 3D modeling methods for single yarn from the view of cross-section and central line. Some improvements for a better visual effect such as inserting twist and hairiness are illustrated as well. Based on the single yarn, the folded yarn and some fancy yarns can also be modeled in 3D space as long as the cross-sections of the control sections of the component single yarn are determined. Applications of the various 3D yarns are demonstrated. The advantages and the drawbacks of various methods are explained and compared as well. Comparatively speaking, modeling technology based on spline curve is more convenient and flexible, perhaps it is the most popular tool since it is capable of designing different kinds of yarns mentioned above and gets the maximum support from the different developing platforms such as OpenGL, 3DS-MAX, Solid Works CAD, etc.

基于非均匀有理B样条的中国数字人女性可变3D模型的构建

目的建立包含内部器官,特别是生殖系统的中国数字人女性3D模型,并实现可变模型构建。方法对"中国数字人女一号"高分辨率数据集的原始彩色断层切片数据进行自动分割和半自动交互分割,将分割后的二值化数据转化为基于非均匀有理B样条的三维曲面,进行三维重建。结果得到了各器官3D模型,女性生殖系统模型清晰显示出各生殖器官的空间形态和位置关系。结论经过对中国女性数字人断层图片的处理,得到了器官完整的可变3D模型,便于构建个体化计算模型,开展航天辐射防护、临床放射治疗等方面的研究。

分形模型的3D打印路径规划

为了在保证边缘细节的精度条件下最大限度地提高打印效率,提出了分形模型的3D打印路径规划算法.将分形模型分为3个打印区域:轮廓层,过渡层及内层.针对3个不同的区域采取不同的填充措施.文中算法主要分为以下4个步骤:(1)为了保证边缘细节的精度,利用轮廓平行算法的高保真性填充分形模型的轮廓层.将不同等距线进行特征点检测并设置相应的阈值来优化轮廓层层厚;(2)以过渡层的面积与过渡层内外边界是否相交为条件约束建立优化问题确定过渡层的最优层厚,并确定一条光顺的三次B样条曲线作为过渡层内边界(即内层边界);(3)针对过渡层和内层进行全局连续Fermat螺线填充,并提出Fermat螺线局部优化的算法;(4)将3个区域内部的填充曲线连接进行全局路径优化.实验结果表明,相比于传统的路径规划算法与连续Fermat螺线算法,文中算法具有更高的效率及更好的打印效果,并且适用于具有复杂边界及多连通区域的几何模型.

基于多源异构数据的少资料尾矿库溃坝三维模型重建

对偏远、闭库或缺少管理的少资料地区尾矿库进行溃坝前后的数值模拟和三维虚拟仿真,需要根据已有的低精度、少序列、多源异构数据重建三维模型。提出一种基于多源异构数据的少资料尾矿库溃坝前后三维模型快速重建方法,通过总结尾矿库溃坝前后特征,融合分析尾矿库的无人机、卫星、GNSS测量、图纸、洪痕等多源数据,利用样条函数插值方法,实现溃决尾矿库的坝体、库区和下游淹没影响区部分三维模型精细化重建,并以2008年山西襄汾尾矿库溃决事件为例,重建了襄汾尾矿库溃坝前后的地形、坝体、库区和下游影响区的三维模型。结果表明:该方法所建模型精度满足数值计算的需求,可为后续的分析计算和可视化仿真应用提供三维模型基础。

基于泰勒多项式模型的1960—2000年中国大陆各年代磁异常场差异

基于1960.0,1970.0,1980.0,1990.0和2000.0年的中国大陆地区实测地磁数据,采用泰勒多项式展开建立了一个中等尺度的低空间分辨率的地壳磁异常模型,结合第四代地磁场综合模型CM4绘制了各年代的磁异常场分布图,并将所有实测点归算至2000.0年以分析磁异常的整体分布,而后通过最新开发的综合地面磁测数据及航空磁测的三维曲面样条模型研究各年代磁异常的差异。结果显示:泰勒多项式模型的北向分量X的磁异常强度随时间逐渐降低,分布呈向西南收缩趋势;东向分量Y的磁异常呈正值区向西部移动、负值区逐步占据优势的趋势;垂直分量Z的磁异常以负值为主,形态较为稳定,说明该分量不易受到其它因素的干扰。对于归算后磁异常的整体分布,X向和Z向分量、总强度F、垂直分量H几乎均为负值,与CM4模型存在一定的差异。由于数据的相似性,总强度F的分布与3DSS模型有一些相似特征,但后者可反映更多的中小尺度磁异常信息。三种模型存在的差异主要来自数据数量、位置和建模方法的不同。

石窟寺文物的三维精细化建模研究

石窟寺文物处于半封闭空间状态,窟内造像结构复杂多样,采用多种建模手段有助于获取石窟寺的高保真模型。文章以驼山石窟一号窟为研究对象,提出以站式扫描点云为整体控制网,影像密集匹配点云和手持精细点云为主要数据源,利用经典ICP算法进行点云配准和改进的薄板样条函数进行纹理映射的融合建模方法。结果表明:所提多源数据融合建模方法能充分保留点云的几何精度和影像的纹理精度,实现石窟寺文物的高精度、高分辨率建模;改进的薄板样条函数纹理映射方法避免了特征复杂位置纹理错位、拉花等现象,有效地解决了点云重建模型纹理分辨率低的问题。

正交样条矩与三维模型检索

提出三维正交样条矩的定义,并将其应用于三维模型检索.作为一种正交多项式函数系,正交样条函数结合球面调和函数所定义的矩具有正交性等优良性质.样条函数的局部性对于突出模型的局部特征有较好的效果.实验结果表明,三维正交样条矩优于三维小波矩,具有更高的检索效率.

玉米叶片几何造型研究

针对虚拟作物研究中的作物个体或器官几何造型问题,用三次B样条来拟合玉米叶片的三维形态,并用虚拟模型进行玉米叶片几何特征的计算。与其它方法相比,该方法具有精度高,参数少的特点,是一种适合于玉米叶片三维造型的好方法。

基于三次样条插值的GrabCut自动目标分割算法

针对基于图像序列的物体三维模型重建时目标分割需要人机交互且速度慢的问题,提出了基于三次样条插值的GrabCut自动目标分割算法。首先采用三次样条插值对图像进行降采样预处理;然后对采样图像进行背景差分实现目标区域的自动框选,取代GrabCut算法的交互窗口,进行目标分割,再对分割出的目标轮廓进行三次样条升采样插值恢复原目标轮廓;最后定义了行方差差异函数,以主流图像处理软件Photoshop分割结果为参照标准,对不同算法分割的结果进行了精度评估对比。实验结果表明,提出的算法可实现图像的自动分割,且速度快、精度高、鲁棒性强。

B样条曲线曲面的二阶预测压缩算法

B样条曲线曲面密集控制点是造成CAD模型数据量庞大的因素之一,对其进行压缩编码,能有效减少CAD模型数据量。提出一种局部坐标系下二阶预测编码算法,对B样条控制网格构造局部坐标系,在局部坐标系下对控制点进行一阶预测,对相邻控制点一阶预测误差再进行二阶预测,对二阶预测误差量化后进行算术编码。分析了量化参数对曲线曲面误差的影响。实验结果表明,该算法预测准确性较高,预测误差分布集中,可以获得较高压缩率,达到压缩CAD产品模型目的。

复杂组织多层机织物三维建模与仿真

根据实际上机织造工艺参数并结合具体结构数据对三维角联锁结构、三维正交结构、三维变厚度结构、三维筒状结构这四种多层机织物结构进行建模与仿真。以纱线截面为椭圆形或圆形,纱线轨迹为三次B样条曲线,并假设纱线直径不变,确定纱线所在的位置,选取型值点,反求三次B样条曲线控制点。利用VC++编程语言调用OpenGL对三维机织物进行仿真。

3维植物叶片精确建模和绘制技术研究

准确、灵活的叶片模型对植物建模具有重要的意义,但目前大部分植物叶片曲面模型没有提供足够的准确性和细节描述。为了给生成准确、细致的叶片几何模型提供灵活的方法,即首先利用B样条曲线来描述叶片的边缘轮廓和主脉;然后用Delaunay三角化方法对叶片曲面进行网格化;最后通过改进Loop细分规则的自适应细分方法来优化叶片曲面,从而为植物叶片提供了一种灵活的3维几何造型描述方法。由于B样条曲线能够很好地描述大部分植物叶子的轮廓,Delaunay三角化方法的使用又解决了包含多个裂片的叶片曲面的网格化问题,而自适应曲面细分方法则不仅使得生成的空间曲面具有更高的光滑度,同时可使得生成的叶片曲面能够进行卷曲变形。实验结果充分表明,该方法是有效的。

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 。

基于牙冠与牙根特征的牙齿建模方法

三维扫描技术和基于CT图像的三维重构是目前主流的牙齿建模方法。由于三维扫描技术只能得到牙冠部分的三维数据模型,而被牙龈包裹的牙根数据却无法采集。利用CT图像进行三维重构虽然可以得到完整的牙齿数据模型,但建模耗时长且成本高。针对上述建模方法的不足,提出一种基于牙冠与牙根特征的牙齿建模方法。此方法基于牙体测量数据,建立牙冠与牙根数据间的关联规则,根据Cardinal样条插值和Tangent权的Laplacian网格变形算法进行三维建模。最后将建模结果与原始数据对比,实验证明建模方法高效可行。

基于Solid Works的花键滚刀铲刀廓形设计与加工

分析花键滚刀铲齿工艺的难点 ,提出利用SolidWorks软件的三维特征造型功能方便地获得花键滚刀基本蜗杆轴向齿形的方法 。

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.

用B样条曲面构建纱线三维模型的研究(Ⅰ):具有不同截面的三维纱线模型的构造

为了构建具有多种截面的三维纱线通用模型,探讨了用B样条曲线近似设计圆形、椭圆形、跑道形、凸透镜形、矩形和碗形等纱线截面的方法,在此基础上用B样条曲面装配多段纱线,构造出同一根纱线可以有多种不同截面类型的三维模型。

基于剖面的福建石门火山口三维地质建模方法

针对围斜内倾的"漏斗"状火山口三维地质建模问题,提出了基于地质剖面进行火山口三维地质建模的方法。首先对火山口地表地质界线和剖面数据进行匹配提取三维地质界线,然后根据三维地质界线"平缓"或"陡峭"等特点提出不同的地质界面建模方案。具体以福建镇前幅石门火山口为例,用常规方法建立的角砾流纹岩界面存在"尖点"现象,且不经过原始的地质界线。采用Biharmonic样条模拟得到的地质界面光滑且贴合效果较好,但发现其对平缓的角砾流纹岩界面建模有效,对于陡峭的火山角砾岩界面建模会出现形态突变的情况,为此提出将陡峭的三维地质界线数据按照空间三角网的形式组织,采用基于空间三角网的改进Clough-Tocher算法进行空间建模。最后,地质界面加上地形和底面约束封闭成火山口地质体模型。

基于信息熵加权的三维模型特征融合算法

特征融合是提高三维模型检索有效性的一种重要手段,越来越受到广泛关注.为解决融合特征权重的自适应问题,提出了一种基于信息熵加权的三维模型多特征融合算法,以提升检索效果.算法的主要贡献有:1)为了精确地刻画形状分布直方图,针对传统形状分布算法提出了三次样条插值形状分布特征提取算法,同时由于形状分布算法本身缺少描述模型形状的层次分布信息,设计了简化的形状上下文特征提取算法;2)采用衡量不确定性的信息熵来自适应计算上述两个欲融合特征的权值,进而得到融合后的相似距离用于三维模型检索.在SHREC2014的综合模型库上实验,结果表明:所提特征融合算法的通用和加权的6种评价指标(PR/NN/FT/ST/E/DCG)优于采用单一特征的检索算法,且运行效率较高.

基于Bezier-样条曲线的工作面煤层赋存状态预测方法

为了精确预测采煤工作面内煤层和断层等地质构造的赋存状态,基于工作面开拓勘探数据、顶底板等高线和钻孔勘探预测数据,运用SolidWorks软件中B-样条曲线的插值算法对导线点进行插值。以得到的光滑样条曲线为引导线,以钻孔预测剖面为轮廓,结合顶底板等高线进行放样建模,建立能够精确反映复杂工作面地质构造赋存状态的三维地质模型。结果表明,该三维地质模型可以对每个推采位置进行任意角度的剖切,可观测和分析工作面中的煤层和断层等地质构造的赋存状态,实现精确预测的目的,降低开采风险和采矿成本。此外,SolidWorks软件的易用性能够降低科室及区队一线生产人员的使用门槛,提高采煤工作面生产的技术管理水平。