基于Metaball的曲面约束变形模型及应用

结合曲面变形技术和Metaball原理,提出了基于Metaball的曲面约束变形模型,将Metaball的势函数表达曲面变形的约束,用它去作用于待变形曲面,通过调整Metaball势函数的约束中心、作用半径、偏移等参数控制曲面的预期变形效果,利用骨架卷积获得平坦光滑的曲面.讨论了约束关系、单个约束的影响、控制约束的相互影响等问题,并举例说明了这个模型的机理和应用.

基于Metaball的过渡曲线

利用基于Metaball的约束变形技术,改变原来势函数计算中空间点到约束中心直线距离r的定义,用参数曲线的参数t代替直线距离r,提出了根据被连接曲线构造过渡曲线的新方法。该方法对被连接曲线的种类没有限制,得到的过渡曲线可光滑连接被连接曲线,形状更自然,并且可从被连接曲线的中间点开始过渡。

管状组织的中轴-元球造型方法

传统的医学体数据造型方法往往局限于将体数据表达为镶嵌在轮廓线族中的三角片集合，或者是简单的三维体元阵列．实际上，生物体的结构相当复杂，采用这些简单的造型方法显然不能适应绘制的要求．文章探讨了适用于气管、血管等管状、多分枝结构的造型方法，采用离散的中轴点表达分枝的拓扑结构，结合基于元球（ｍｅｔａｂａｌ）的隐式曲面造型方法构造管状组织的模型．这种造型方法不仅可以使管状组织复杂的拓扑结构得以保留，而且保证了分枝之间连接的光滑性．

基于参数化混合元球体表示的高分辨率DTI纤维丛可视化

为了克服传统DTI可视化技术存在计算空间大、信息丢失等问题,提出一种基于Perfect Spatial Hashing稀疏数据压缩方法的高分辨率DTI纤维丛可视化方法.将流场可视化中的streamball表示改进为沿着积分曲线布局的可参数化混合元球体,并将这种参数化混合元球体表示规范为一个高分辨率的稀疏三维密度场;进而采用Perfect Spatial Hashing稀疏数据压缩方法压缩该密度场,在保持数据高精度的同时提供了数据的高效随机访问特性.实验结果表明,采用文中方法得到的可视化结果不仅能清晰地揭示组织结构的连通性,还能展示局部张量细节信息.用户只需简单地改变等值面参数就可实时观察可视化结果.

利用带形状参数的有理势函数构造基于Metaball的过渡曲线

利用现有势函数构造基于Metaball的过渡曲线,此过渡曲线无法兼具拟高阶连续性与形状可调性.针对这一问题,巧妙地从一种带形状参数的曲线模型出发,构造一类带形状参数的有理势函数,并研究该势函数的性质.所构造的有理势函数具有统一的数学模型,不仅能使过渡曲线在端点处达到拟Ck连续,而且还可通过修改形状参数的值调整过渡曲线的形状.实例表明,通过调整有理势函数的次数及形状参数的取值可构造出满足不同拟连续性且形状不同的过渡曲线,以满足实际应用需要.

一种基于元球模型的波浪模拟

提出了一种基于元球造型的波浪模拟方法。在绘制过程中,采用基于Bézier裁剪的光线跟踪法,并用曲线变形的办法来模拟波浪向前推进、相互碰撞等运动的情形。最后用分形的思想模拟浪花生成,与传统的粒子系统生成浪花相比,分形算法有较小的时空复杂度。实验表明此法取得了较满意的效果。

使用二维轮廓线的扩展元球造型技术

提出了一种基于二维轮廓线与超二次曲面型元球模型的造型方法,以实现简单、快速三维模型原型构造.给定一条二维轮廓线,首先使用圆或椭圆去逼近它.然后对每一个圆或椭圆设置第三个维度的参数,能够获得相应的超椭球体型元球.最后混合所有元球的场,并对所有元球的形状参数进行优化,得到一个解析的元球隐式曲面.通过调整元球的位置或形状参数构造出的曲面能够方便地实现形状的修改.模型的不同组成部分可以在不同的投影平面上勾画轮廓线相似地进行设计.该造型方法支持简单的建模操作,如布尔加、减或准扫成体生成,以生成各种复杂形状的模型.此方法能够广泛地应用在计算机图形学或计算机辅助设计领域中的概念设计阶段的原型设计工作中.

Metaball重叠区域作用效果混合

在表现隐式曲面或曲面变形时,多个Metaball作用的重叠区域常会出现肿胀、褶皱、撕裂等缺陷。前人虽曾通过调整Metaball参数、简单叠加、直接合并等来解决这些问题,但未能得到效果好,且效率高的满意结果,为此,在分析、研究了Metaball单独作用、作用范围重叠的基础上,分别针对点骨架、直线段、曲线段骨架,提出了线性加权和、代数混合、指数加权和方法,用以处理多个Metaball在重叠区域的作用效果混合。实验表明,这些混合方法不但可与曲面的表示方法以及Metaball势函数的形式无关,而且在边界处的过渡较平滑,其效果与效率也得到了实例验证。

Metaball势函数的若干性质研究

对曲面实施基于Metaball的变形时,体现变形约束的势函数起着决定性的作用.分析研究了现有几种常用势函数的形式、特性、含义,以及其导数的性质、最大最小取值、连续性等,并将它们相互比较;在性质研究的基础上,改进这些现有势函数,建立了基本球形函数、普遍指数函数、椭球形函数与超椭球形函数等新势函数,以适应不同的应用背景,拓展基于Metaball的曲面变形的适用范围并丰富其表现力;提出了多个势函数组合作用时的层次控制方法.

质点弹簧水面与Metaball结合的雨场景渲染算法

为解决雨场景细节展现不真实和不完善问题,提出一种Metaball技术与质点弹簧水面结合的算法模拟雨滴撞击水面的效果。首先,以粒子系统结合基于图像的绘制方法建立雨滴模型,以质点弹簧建立任意形状的水面模型;其次,采用质点弹簧水面结合Metaball技术模拟雨滴撞击水面起泡的过程;再次,采用粒子系统和逐渐淡化融合的方法表现了水花的产生和消失;最后,使用Cg语言实现了水面和泡泡的反射和折射效果,完成场景渲染。实验结果表明,所提出的方法能够快速且比较真实表现雨滴撞击水面的效果。

势函数的构造及基于Metaball的过渡曲线

针对原多项式势函数次数较高且其构造的过渡曲线在端点处的连续性较低的问题,为满足过渡曲线设计的更高要求,从提高连续性的角度构造了使过渡曲线在端点处达到kC连续的最低次多项式势函数.首先根据高阶求导公式得到使过渡曲线在端点处达到kC连续的势函数条件,然后根据这些条件来构造含k+1个未知数的2k+1次多项式势函数,最后通过线性方程组的求解得到kC连续的最低次多项式势函数.考虑到kC连续下过渡曲线的形状无法调整问题,又提出了含形状参数的混合三角势函数,其构造的过渡曲线特点是在保持端点处1C连续的情况下能与被过渡曲线的一侧达到很高的重合性.实验结果表明,文中构造的2类势函数是有效的,构造的过渡曲线可实际应用于凸轮廓线的平滑处理等.

基于广义元球的一般约束变形

在计算机动画和形状设计中，变形是一个非常重要的工具．基于广义元球所具有的特殊势函数分布，提出了一个新的包含点、线、面和体约束的一般变形模型．用户定义一系列约束、每个约束的影响半径和偏移量，变形模型根据每个约束和其影响半径产生该约束的广义元球．广义元球确定了一个以约束点集为中心的势函数，该势函数在约束点集处为１，在影响半径处渐变为０．模型直接对整个空间进行变形，而与物体的表示无关，并且变形可由偏移量和广义元球的参数来细微调整．实验表明，该一般约束变形模型不仅有效，而且使传统方法难以做到的线、面、体约束变形成为可能．

元球绘制的光亮度加权平均法

元球(metaball)造型是一种隐函数曲面造型技术,它能生成许多传统造型方法无法生成的物体。本文提出了一种元球造型中材料和纹理光滑过渡的新方法——光亮度加权平均法,从而使用户不仅可对整个元球系统设置材料和纹理,而且可对元球系统中的单个元球独立设置这些属性。即使把元球离散为多边形,该方法仍然适用。实验表明,新方法能生成许多传统方法无法生成的效果。

遥感信息模型、粒子系统与元球结合模拟坡面水蚀过程

从计算机图形学领域引入粒子系统与元球技术 ,同坡面土壤水蚀遥感信息模型 (RSIM WEH)结合 ,提出侵蚀体元的概念 ,从三维可视化角度动态显示坡面水蚀过程。从三维GIS理论上来说 ,这是一种新的探索 ,在技术上 。

CFETR水冷包层两元混合增殖球床流动特性研究

作为中国聚变工程实验堆(CFETR)候选包层之一的水冷包层(WCCB),拟采用不同尺寸的两元混合增殖球床以增加球床的填充率,从而满足氚增殖比(TBR)要求。采用离散元方法(DEM)建立了满足中子学要求的CFETR水冷包层两元球床填充结构,通过CFD计算分析获取了氦气在球床颗粒间隙之间的流动特性,包括孔隙率分布、速度分布和压降等。

加速基于元球的物体变形方法

为了加速三维物体的变形过程,提出一种基于组件的新方法计算元球的边界体。把每个元球的边界体值存放在数组中,通过查询边界体数组,可以快速求出变形空间内任意一点的影响组件,并计算影响组件的骨架中心到该点的距离以及影响组件相对于该点的所有势函数之和,然后采用移动立方体算法将该点的势函数值与阈值比较,得出变形物体表面顶点的空间坐标值和该顶点的单位法向量。利用OpenGL实现变形物体的绘制过程。

基于Metaball的C^k连续过渡曲线的构造

为得到能使过渡曲线在端点处达到C^k(k为任意自然数)连续的多项式势函数的通用表达式,由连续条件反推的势函数需具备的条件,根据条件个数确定势函数的最低次数,将势函数表示成Bernstein基函数的线性组合,组合系数待定。根据Bernstein基函数的端点信息确定关于待定系数的方程组,解之得出满足连续性要求的势函数。考虑到由该势函数构造的过渡曲线形状由被过渡曲线唯一确定,又将势函数次数增加一次,得出能使过渡曲线在端点处达到任意C^k连续并且形状可调的多项式势函数的通用表达式。借助Bernstein基函数的升阶公式给出了两种势函数之间的关系,分析了势函数的性质以及相应过渡曲线的特征,给出了势函数以及过渡曲线的图例,验证了理论分析结果的正确性及所给方法的有效性。

METABALL-BASED TRANSITION SURFACES

Metaball-based constraint deformation technique is used to change the definition of r, the straight-line distance from a space point to a constraint center in the original calculation of the potential function. By replacing the parameter of the pararnetrized surface w with the straight-line distance r, a method of building transition surfaces according to cormected boundary curves and skeleton curves is proposed. The method has no restrictions on boundary curves that control the space shapes of transition surfaces or on types of skeleton curves, thus transition surfaces, which reach C^1 continuity and are more abundant in shapes and natural, can be obtained.

略论朱元璋的立法思想

朱元璋把“纪纲法度”作为“为治之本”,列为建国之初的“先务”。早在明王朝建立的前一年(1367),他就命有关臣僚制定法律。明王朝建立后,他对法律的修订和整饬工作更是一直没有停止。正如《明史·刑法志》所说:《大明律》“草创于吴元年,更定于洪武六年,整齐于二十二年,至三十年始颁示天下”。经过反复修订,增减后的《大明律》,“大旨亦本于唐,特其中有因时变通者耳”。也就是说。

论朱元璋重农政策

朱元璋既是元末农民起义军的领袖,又是明朝的开国君主。无论是作为农民军的领袖,还是作为封建皇帝,其在历史上的功绩与地位均是不可抹杀与忽视的。以往研究朱元璋的文章极多,但对朱元璋重农政策产生的深远影响,似乎注意得不够,本文力图通过对朱元璋重农政策的研究,考察一下其政策对资本主义萌芽产生有何影响。