Free-Form Deformation with Rational DMS-Spline Volumes

In this paper, we propose a novel free-form deformation （FFD） technique, RDMS-FFD （Rational DMS-FFD）, based on rational DMS-spline volumes. RDMS-FFD inherits some good properties of rational DMS-spline volumes and combines more deformation techniques than previous FFD methods in a consistent framework, such as local deformation, control lattice of arbitrary topology, smooth deformation, multiresolution deformation and direct manipulation of deformation. We first introduce the rational DMS-spline volume by directly generalizing the previous results related to DMS-splines. How to generate a tetrahedral domain that approximates the shape of the object to be deformed is also introduced in this paper. Unlike the traditional FFD techniques, we manipulate the vertices of the tetrahedral domain to achieve deformation results. Our system demonstrates that RDMS-FFD is powerful and intuitive in geometric modeling.

基于DFFD的牙齿修复冠约束设计方法的研究

目的 :研究口腔修复中患者缺失、损伤牙冠的数字化设计方法 ,帮助口腔医生快速、灵活、互交地完成修复设计 ,获得理想的修复牙冠三维数字模型 ,为数字化制造做准备。方法 :在约束条件下利用DFFD(directmanipulationoffree formdeformation)修复冠的变形设计方法 ,完全以患者口腔内的约束条件为基础 ,通过对特征位置增加、修改、删除约束点和载荷点 ,然后对其施加拉伸、压缩操作 ,获得满足临床修复要求的牙冠修复模型。结果 :由一个左前一牙齿的变形设计实例证明了此方法的可行性。结论 :在患者备牙模型上 ,按照患者口腔约束条件 ,利用DFFD变形设计方法对牙冠的设计是可行的 ,同时也为外冠桥牙冠数字化设计的研究奠定了基础。

直接操作FFD技术在翼型气动优化设计中的应用

几何外形参数化技术在飞行器的气动外形优化设计以及多学科优化设计中是影响其结果和效率的重要因素之一。针对自由变形技术(FFD)无法直接操纵几何外形表面指定点位移的局限性,开展了直接操作FFD技术在翼型参数化及翼型气动优化设计中的应用研究。建立了由翼型表面控制点的位移反求各个FFD控制点位移的求解模式,有效地降低了高阶FFD控制体进行翼型参数化的参数个数,并且具备直接操纵翼型几何外形的能力,更具物理直观性。运用该技术对于跨音速翼型进行了气动减阻设计,显著减小了设计状态下翼型的阻力。

AVR虚拟环境技术

本文提出了AVR(Fromactualrealitytovirtualreality ,即由真实现实到虚拟现实的转换 )理论与技术。AVR技术是根据真实世界物体的形状信息 ,包括二维图像和三维数据等 ,进行三维重建 ,从而获得虚化景物的计算机参数描述模型 ,输出到虚拟环境的图形显示中。AVR技术增强了虚拟环境的真实感 ,实现了对真实世界物体更精确建模 。

三维数据重建中距离图的优化计算

拟合模型与三维数据间距离图计算是三维数据重建中的主要计算之一 ,决定了重建算法的实时性。本文设计了基于优化 k- d树的三维空间 k个最近点 (k- NN:k- Nearest Neighbour)搜索算法 ,提高了搜索效率 ,使距离图计算时间大大减少 ,满足了三维数据层次式重建的计算实时性要求。作为三维空间最近点搜索的最佳算法之一 ,基于优化 k- d树的最近点搜索算法可在更广泛的领域应用。

DMFFD的曲面变形技术研究

本文首先介绍B样条曲线,并推广到B样条曲面及B样条体,然后在此基础上介绍直接操作自由变形技术(Direct Manipulation of Free Form Deformation),将此技术应用于曲面模型上,使得物体发生变形。在此基础上,对直接操作自由形式变形进行了改进,提出了以Nurbs曲线作为变形基函数的变形方法;并且讨论了Nurbs曲线的控制点和权因子的改变对变形的影响;然后,结合Nurbs曲线控制点和权因子的变化,完成DMFFD变形;最后,比较了以Nurbs作为变形基函数与以B-spline作为变形基函数变形的不同。实验结果表明,改进后的DMFFD变形有更好的选择性和自主性。

一种用于可形变对象操作的动力学模型隐式求解方法

机器人操作可形变对象在多类场景中具有重要的应用需求。然而,对象复杂的高维动力学模型导致难以准确、快速地计算其形变。本文建立了一种基于交替方向乘子法的对象形变动力学模型快速、准确、隐式优化求解方法。该方法以通用对象几何模型为输入创建有限元模型,并分别构建材料本构势能函数和操作及碰撞交互单元的位置约束能量函数。随后,采用动力学投影方法构建基于交替方向乘子法的两项优化求解问题,最终快速、准确地计算对象在机器人操作下的形变。数值实验表明,所提出的方法能够在保证相对形变计算误差低于5%的条件下,实现高于24帧/秒的物理形态更新。针对实际应用场景,对所提出的方法开展了从形变仿真预测到在线操作执行的量化评估以及全局约束环境下的离线规划和仿真应用验证。