3D Vector Reconstruction of the Neck Skeleton from the Anatomical Sections of Korean Visible Human at the Anatomical Laboratory of Paris Descartes

Aim: To perform a vector 3D reconstruction of the neck skeleton from the anatomical sections of the “Korean Visible Human” for educational purposes. Material and Methods: The anatomical subject was a 33-year-old Korean male who died of leukemia. It measured 164 cm and weighed 55 kgs. The anatomical cuts were made in 2010 after an MRI and a CT scan. A special saw (cryomacrotome) made it possible to make cuts on the frozen body of 0.2 mm thick or 5960 slices. Sections numbered 1500 to 2000 (500 neck sections) were used for this study. Manual contouring segmentation of each anatomical element of the anterior neck area was done using Winsurf software version 3.5 on a PC. Results: Our vector 3D neck model includes the following: cervical vertebrae, hyoid bone, sternum manubrium and clavicles. This vector model has been integrated into the virtual dissection table Diva3d, a new educational tool used by universities and medical schools to learn anatomy. This model was also put online on the Sketchfab website and printed in 3D using an ENDER 3 printer. Conclusion: This original work is a remarkable educational tool for the study of the skeleton of the neck and can also serve as a 3D atlas for simulation purposes for training therapeutic gestures.

基于随机循环网络的汉字骨架生成

汉字骨架是汉字字形的重要拓扑描述,提供了汉字字形结构的重要信息。汉字骨架可以视为点序列,运用具有序列输出的循环神经网络(RNN)等生成。然而当前输出长序列的深度神经网络通常面临诸如梯度消失或爆炸,需要大量训练样本和训练时间长等问题,导致此类方法生成的汉字骨架蕴含的书写细节较少,同时缺乏对汉字结构的准确描述。文中将汉字的结构信息与神经网络方法相结合,使用多个并行的随机循环网络(RRN)生成汉字骨架,生成过程在两个层面进行,字符层面包括一连串的笔画,而笔画层面包括一连串的点。生成模型仅需小规模的训练数据即可完成训练,同时避免了梯度消失或爆炸的问题,不仅增强了对汉字结构的描述,而且保留了更多的骨架特征点。实验结果表明,该方法生成的汉字骨架具有更丰富的书写细节特征,可用于快速生成大规模、高质量的汉字骨架。

3D Visual Plant Models in Computational Fluid Dynamics Simulation of Ambient Wind Flow around an Isolated Tree

Plants can reduce the velocity of wind and wind erosion and prevent the movement of sand.But it may be extremely difficult to measure directly the aerodynamic characteristics of the airflow near the real vegetation in field experiments on account of restriction by many objective factors.Therefore,numerous investigations have been carried out to study the efficiency of windbreaks by conducting wind tunnel experiments on simulated models or using computational fluid dynamics(CFD) simulation instead of field measurements.Plant models are simplified at some level to be used for numerical simulation in existing literatures.It is a little distortion of leaves in details if the tree canopy is regarded as a whole region which can have a certain influence on the CFD simulation.Hence,one modeling approach that combines Visual Basic for applications(VBA) and computer aided design(CAD) technology is proposed to design 3D virtual plant models.The tree models used for numerical simulation of wind flow around trees are more lifelike.In addition,this method can be applied for creating a 3D virtual vegetation library.It is also more convenient to get the diversified biological indicators by digital plants in computer.

个性化虚拟人体模型骨架生成方法

采用基于自动化骨架匹配和可视化骨架编辑的方法 ,可以方便地完成个性化的骨架建模 首先定义一个标准的虚拟人骨架模板 ,通过骨架模板与人的几何模型的自动匹配 ,得到初始的骨架模型 ;然后利用可视化的骨架编辑工具 ,就可以很容易地生成个性化的虚拟人骨架 实验表明 :该方法可以快速、简单地生成精确的个性化的骨架模型 。

面向数据融合计算的动画角色处理平台

文章设计并实现了一种针对动画角色网格和运动数据融合计算的动画角色处理平台,平台支持多格式的模型数据,并集成了有效的可扩展算法库模块,提供了透明的经典算法调用和编辑接口,方便用户进行算法的设计和应用开发。

一种姿态无关的人体模型骨骼提取方法

随着三维扫描技术的逐渐成熟,三维人体扫描模型的骨骼提取逐渐成为虚拟人建模研究领域的热点之一.现有的三维人体模型骨骼提取方法,存在手工标注任务繁重、对模型姿态过于敏感、计算结果不准确等问题.提出了一种新的三维人体模型的骨骼提取算法:首先,根据Morse原理,将测地距离作为Morse函数的要素,实现姿态无关的人体模型特征点以及拓扑结构的提取;其次,将测地距离等值面作为基础数据,采用截面似圆性判别准则提取模型关节中心所在等值面,从而获得关节中心的准确结果.实验结果表明,与已有算法相比,该方法具有模型姿态无关、计算结果准确等特性,并且能够完全自动地提取三维人体扫描模型的骨骼.

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。

虚拟人骨骼结构的多刚体系统建模方法研究

提出了一种虚拟人骨骼结构的多刚体系统模型,可有效地克服DH表示法只能适用于单链结构的缺陷.首先通过合理的简化与假设,给出了一种16关节、39自由度的虚拟人简化模型;然后将该虚拟人模型抽象成为一个各肢体间通过机械转动铰相连的多刚体系统;最后引入树模型与低序体阵列来表达虚拟人的骨骼结构.分析结果表明,文中方法除能够自然地表达虚拟人的复杂分支结构外,还可以容易地实现虚拟人模型的任意分辨率扩展,并具备递归计算的优点,具有广泛的适用性.

地下矿可视化管控系统空间数据模型

为了满足地下矿可视化管控系统可视化表达、空间分析、自动化建模与模型动态更新功能的需要,分析了矿山空间现象的特征与典型的三维空间数据模型,据此设计了一种包含三维骨架模型、顾及拓扑面向实体的三维矢量空间数据模型(TEVDM)和八叉树块段模型(OBM)的混合时空数据模型。该模型利用TEVDM和OBM表达空间实体的精确边界和内部属性,引入网络化、层次化、参数化的实体与网络复合模型(PENDM)来描述井巷工程与生产系统的骨架,引入行为模型描述具有行为特征的人员和设备,利用复杂要素对具有完整语义的要素集合体进行描述。最后给出了用该模型描述矿山空间现象和进行空间分析应用的示例,表明该模型比传统模型在矿山领域具有更好的实用性。

基于骨架模型的玉米生长运动仿真与动画生成技术

为了实现作物生长过程的定量化、可视化表达,提出了一种由作物形态结构特征参数驱动的作物骨架模型生长运动仿真和动画生成方法。基于对作物器官及个体精确定义的几何模型提取作物骨架,利用几何模型参数控制骨架上关节点的运动,结合参数关键帧插值技术确定整个骨架模型的生长运动,实现对作物生长运动的可视化模拟。从而构建一个虚拟作物骨架模型的三维生长动画系统,并以玉米为例进行了模拟。实验结果表明该方法能够较准确地模拟玉米植株的形态建成和运动特征,为真实、自然地模拟作物生长提供了一种可控、通用的方法。

虚拟角色动作编辑及运动控制

为了直接利用虚拟角色表面模型进行动作编辑及运动控制,提出了一种通用的虚拟角色骨骼建模及运动控制方法.该方法通过对分块的虚拟角色表面模型进行边缘判定、关节点计算、最顶块确定,然后按层次连接各关节点生成虚拟角色骨骼模型.在此基础上根据虚拟角色行走运动模型和运动约束关系,研究了基于参数关键帧技术的运动过程动画制作、不同运动间自动插补动画的动作平滑过渡技术以及利用动作幅度权值对动作姿态的调整技术.最后,采用实时控制和路径点控制2种方式进行了虚拟角色在虚拟场景中的运动控制,取得了较好的实现效果.

虚拟角色骨骼模型建立方法研究

针对传统虚拟角色建模方法需要大量人力和时间的缺点,提出了一种虚拟角色骨骼模型自动生成方法。该方法通过对角色模型分块,再对各个块进行边界抽取,找到关节点,然后根据块的层次关系自动生成骨骼模型。最后探讨了应用骨骼平滑和边界缝合算法解决角色模型运动不自然的问题。

基于“有无复合体”的应力约束下桁架和平面膜结构拓扑优化的统一模型

根据独立连续拓扑变量概念 ,建立了桁架和平面膜结构拓扑优化的有无复合体模型 ,从而不引入过滤函数实现拓扑变量在连续型和离散型之间的转换 .推导了有无复合体杆单元的面积与膜单元的厚度同重量、单元刚度阵都是“有单元”和“无单元”相应量的线性组合 ,进而把这一线性关系延拓到许用应力 .借助于有无复合体建立了在应力约束下骨架和连续体结构拓扑优化的统一模型 ,同时提出了求解这一模型的有效算法 ,获得了令人满意的计算结果 .

基于虚拟样机技术的产品级甘蔗收获机的开发研究

基于虚拟样机技术提出了产品级甘蔗收获机的样机开发过程,利用产品自顶向下设计方法,提出了解决模块多,布局困难,各子功能模块之间位置关联、运动、动力性能要求较高的甘蔗收获机骨架模型设计,通过不同骨架虚拟样机的相关仿真分析,提供了开发产品级甘蔗收获机的有效依据和方法理论。同时提出了一种基于虚拟样机技术的具有大型组件的农业机械产品开发样机的思路。

虚拟装配技术在精密剪切设备开发中的应用

根据精密剪切的原理,设计了精密剪切设备,在建立零部件模型的基础上,运用三维CAD工程应用软件Pro/Engineer对其进行了虚拟装配.通过自底向上、自顶向下的虚拟装配方法,实现了精密剪切部件的虚拟装配,为该设备的仿真和开发奠定了基础.

面向虚拟样机的层次混合仿真建模研究

为提高复杂虚拟样机在虚拟环境下交互仿真的实时性,提出了一种基于实体-骨架混合仿真模型的运动仿真方法。根据仿真过程中的交互要求及虚拟样机模型复杂程度的分析,调整仿真模型的组合表达形式,从而形成由实体模型、关节骨架模型及零件骨架模型组成的混合仿真模型。基于混合模型的运动仿真不但能实现仿真过程中与虚拟样机的交互操作,而且能提高仿真的实时性。相关的方法在虚拟环境产品性能评测的研究与开发中得到实现,并应用到汽车发动机的动力学分析中。

基于虚功原理和Pro/E的六杆机构仿真分析

为了提高压床六杆机构的运动学和动力学仿真分析效率,运用Pro/E骨架模型建立压床六杆机构的运动学模型并对其进行运动学仿真,得出压床冲头的位移、速度和加速度随主动件转角变化的规律曲线.利用虚功原理结合MATLAB语言求解出主动件的平衡力矩,并得到机构的动能、驱动功和阻力功的变化规律.该分析方法可将设计者从复杂的矢量解析法、矩阵运算以及动力学分析软件中解放出来,从而提高六杆机构的分析效率.

基于体感交互的虚拟操作实验系统设计

系统采用以计算机视觉为基础的体感交互技术,选用微软公司研发的3D摄像机Kinect,通过对人体动作的即时动态捕捉,建立以20个关节点为核心的人体骨架模型,据此,对设定的4种人体动作进行识别,并将动作与PPT演示播放控制命令相结合,实现了基于体感交互的PPT播放虚拟操作。测试结果表明,操作者在2m至4m的范围内控制PPT文件播放操作,其识别的正确率达到90%以上。为虚拟操作实验的进一步开发奠定了基础。

虚拟花卉植物在可变风场中的运动行为仿真

花卉植物茎、枝、叶和花瓣结构复杂,运动行为仿真成为目前虚拟植物的研究热点之一。该文基于花卉植株的高精度的建模,将动力学理论和弹簧-质点模型应用到虚拟花卉植物跟风力的交互运动仿真中,提出一种实时模拟花卉植物与风场交互的方法。运用多层次反向动力学原理和布料模拟系统原理分别实现了单株花卉植物在风场中自身运动和群落花卉在风场中的整体运动的模拟。可以模拟在球形风场和平面风场中,随风力和风速实时变化的单株或群落花卉植物的运动行为特征,模拟效果逼真自然,具有较强的真实感。该研究可为虚拟植物运动仿真提供参考。

三维人体模型的个性化调节及平滑处理研究

针对网上虚拟试衣系统的应用特点,基于模型重用的思想,通过调节标准人体模型关键人体参数获得具有个性化特征的人体模型。提出了基于偏移量的骨架调节算法,提高了个性化调节的灵活性。对于调节过程中可能产生的突变噪声及局部异常变形问题,提出了一种比例差异边界查找法和改进的中值滤波算法对其进行平滑处理,最后的实验结果验证了调节算法及平滑处理的有效性,生成的模型,符合虚拟试衣系统应用要求,具有较大应用前景。