图学学报

Select

2014年第2期目录

2014, 35(2): 0.

摘要 ( 20 )

PDF(372KB) ( 151 )

相关文章 | 计量指标

Select

中国图学投影理论及其研究

刘克明

2014, 35(2): 155-160.

摘要 ( 72 )

PDF(6310KB) ( 189 )

图学论证了在二维平面上绘制三维空间几何形状的图形的方法，是研究
投影法绘制工程图样和解决空间几何问题、理论及方法的技术基础学科。中国是一个具有丰
富图学传统的国家。中国图学的投影理论及其研究在先秦之前已有见端倪，魏晋时期已提出
焦点透视的图学理论，宋元之际，图样绘制之精，投影画法的创新，使图学理论大具。中国
图学的投影理论不仅为中国古代科技的发展提供了信息支撑，也为近代中国图学迅速走向近
现代奠定了理论基础。

相关文章 | 计量指标

Select

GSPM：一个基于管理信息系统的图形系统

肖扬，郑悦明，刘洪斌，邓茂云

2014, 35(2): 161-166.

摘要 ( 43 )

PDF(530KB) ( 154 )

介绍了根据软件工程的基本原理和面向对象的程序设计方法，应用可视
化和图形数据一体化技术，开发一个基于管理信息系统的图形系统GSPM(Graphics System
for Pipeline Based on Management Information System)的理论和方法，讨论了系统的框架设
计、主要类的建立和用户界面的设计。该系统采用Windows 7 Ribbon 界面，操作简单、方
便。绘图时，只需用鼠标点击工具栏或菜单栏对应的按钮，选择正确的图元，就可以绘制各
种图。系统设计了与数据库的接口，可以将图形信息和基于文本的管理信息统一管理与表示，
实现了真正的图形化操作和图形、数据一体化。系统还集成了网络功能，能够利用企业网和
互联网协同工作。

相关文章 | 计量指标

Select

一种权值约束的精确配准算法

蒋睿嵩，魏发远，冯大勇，闫茂振

2014, 35(2): 167-172.

摘要 ( 100 )

PDF(883KB) ( 322 )

针对数据与模型的精确配准问题，提出一种权值约束的配准算法，通过
对配准点施加不同的权值，利用权值约束保证模型重要区域的配准精度。首先，论文基于经
典配准模型，引入权重因子，建立了改进的权值约束的配准模型。针对配准模型的求解问题，
通过对现有SVD-ICP 算法进行适应性改进，提出并研究了带权SVD-ICP(wSVD-ICP)算法，
重点推导了基于wSVD 算法求解旋转矩阵R 和平移矩阵T 的过程。最后，论文利用仿真数
据和实测数据对配准模型进行了验证；计算结果表明，论文所提算法通过对精度要求较高区
域分配高权值进行约束，可有效提升该局部区域的配准精度；同时，可在一定程度上改进整
体配准精度和效率。

相关文章 | 计量指标

Select

海浪实时绘制中波浪谱的选择

陈丽宁，金一丞，任鸿翔

2014, 35(2): 173-180.

摘要 ( 324 )

PDF(563KB) ( 209 )

Phillips 谱是海浪实时绘制中常用的波浪谱。首先分析了Phillips 谱的结构，
指出该谱是一个瞬时空间谱，其频率谱符合Neumann 形式，与P-M 谱接近，其方向分布函
数为国际拖曳水池会议推荐的形式。令P-M 谱与Phillips 谱具有相同的单位面积波能，给出
了Phillips 谱风速的确切含义并计算出该谱的常数。除了使用Phillips 谱，还尝试其它形式
的谱。用P-M 谱和cos-2s 形式方向分布函数构造了瞬时空间谱PM-cos2s 形式，用JONSWAP
谱和Poisson 形式方向分布函数构造了瞬时空间谱J-Po 形式。比较3 种谱的绘制结果发现，
使用Phillips 谱、PM-cos2s 谱的绘制结果均能反映风速对海浪的影响，不能反映风距的影响，
使用J-Po 谱的绘制结果既能反映风速、也能反映风距对海浪的影响，且三者的绘制帧率一
致。如果要选择适合航海模拟器中海浪绘制的瞬时空间谱，该谱的风参数既应包括风速，也
应包括风距，且生成波应在风向的(-,]范围内，因此J-Po 谱在三者中最适合航海模拟器。
绘制结果已应用于航海模拟器中。

相关文章 | 计量指标

Select

多重散射的天空光照效果建模与实时绘制

艾祖亮，张立民，于文龙

2014, 35(2): 181-187.

摘要 ( 66 )

PDF(605KB) ( 253 )

依据大气散射的物理原理，提出了一种考虑多重散射的天空光照效果建
模与实时绘制方法。该方法首先以太阳和天空光作为光源建立了多重散射的天空光照效果模
型，然后综合多种大气粒子密度, 采用合理的分段采样策略，对天空颜色模型的积分进行简
化，以减少积分近似计算所带来的误差；通过对简化后的模型进行分析提出了采用二维纹理
与三维纹理对光学深度预计算的方法，避免了运行时计算光学深度积分的问题；最后该算法
在GPU 的片段处理器上执行，实现了天空光照效果模型的实时绘制，可以满足各种实时应
用需求。

相关文章 | 计量指标

Select

逼近散乱点云数据的三角形网格精确剖分

张伟

2014, 35(2): 188-194.

摘要 ( 145 )

PDF(5378KB) ( 197 )

基于自组织特征映射神经网络构建的三角形网格模型可以实现测量点云
压缩后的Delaunay 三角逼近剖分，但该模型存在逼近误差和边缘误差。为减小三角形网格
的逼近误差和边缘误差，构建了精确逼近的三角形网格模型。首先采用整个测量点云，对三
角形网格模型中的所有神经元进行整体训练；然后对三角形网格中的网格神经元的位置权
重，沿网格顶点法矢方向进行修正；最后采用测量点云中的边界点集，对三角形网格模型中
的网格边界神经元进行训练。算例表明，应用该模型，可以有效减小三角形网格的边缘误差，
三角形网格逼近散乱点云的逼近精度得到大幅提高并覆盖散乱点云整体分布范围。

相关文章 | 计量指标

Select

心形线双曲拱坝三维建模

赵海峰，杜廷娜，叶荣波，赵海波

2014, 35(2): 195-199.

摘要 ( 168 )

PDF(5153KB) ( 227 )

心形线作为几何数学上最美最浪漫的一条曲线，第一次在拱坝设计中研
究应用。在研究心形线几何特性时，发现有一段非常扁平的曲线，作为拱坝中轴线非常适合，
可以使得拱坝的合力方向向山里偏转，有利于坝肩的稳定。因此，研究心形线作为拱坝的一
种新线形，理论上具有可行性，并在实际工程中有一定的应用参考价值。该文在研究心形线
双曲拱坝各种参数的基础上，建立心形线双曲拱坝的数学方程，实现图形的三维建模，为拱
坝下一步进行有限元分析提供精确的三维模型，也为今后拱坝坝型的设计提供更多的选择和
有意义的参考。

相关文章 | 计量指标

Select

五阶与六阶三角样条曲线

严兰兰，韩旭里，黄涛

2014, 35(2): 200-207.

摘要 ( 92 )

PDF(689KB) ( 208 )

利用三角函数构造了两个含参数的函数组，它们分别由6 个、7 个函数组
成，分析了这两个函数组的性质。由这两组函数定义了两种新的样条曲线，它们分别具有与
五次、六次B 样条曲线相同的结构。新曲线在继承B 样条曲线基本性质的同时，又具备了
一些新的优点。例如，在等距节点下，新曲线在节点处均可以达到C5 连续，而且在不改变
控制顶点的情况下，新曲线的形状均可以通过改变形状参数的值进行调整。另外，给出了使
新曲线插值于控制多边形首末端点的方法，以及构造闭曲线的方法等，文中的图例说明了新
方法的正确性和可行性。

相关文章 | 计量指标

Select

新型圆锥曲线组合图规设计及其原理

申艺杰，陈锦昌

2014, 35(2): 208-213.

摘要 ( 79 )

PDF(5348KB) ( 228 )

分析了新型圆锥曲线图规（椭圆规、双曲线规和抛物线规）设计的数学
原理，利用圆锥曲线的光学性质和几何性质提出了一套图规设计的基本理论，基于这套理论
设计出一种新型的、由多个简单连杆型机构零件组合而成的圆锥曲线图规；应用这种组合图
规可以规范、快速地绘制出各种工程上常见的二次曲线，弥补了工程制图中一般绘图仪器功
能单一的缺点，有较好的应用前景。

相关文章 | 计量指标

Select

三叶渐开线罗茨风机转子数值分析与优化

周开俊，童一飞，李业农，肖轶

2014, 35(2): 214-220.

摘要 ( 74 )

PDF(1131KB) ( 220 )

为了获得三叶渐开线罗茨风机基圆半径变化对风机性能的影响关系，首
先从几何原理角度，分析了渐开线基圆变化对风机转子啮合渐开线的影响，给出了符合啮合
条件的渐开线基圆半径变化范围，及不同基圆半径对转子面积利用率系数的影响情况。在此
基础上利用数值分析方法，对同种叶型不同基圆半径时的风机转子流场进行数值计算，运用
动网格技术分析了风机内部的压力场、涡的强度变化和进气口质量流量变化情况。模拟结果
表明：同种叶型渐开线基圆半径增加，能够削弱涡的强度和速度，增加进气口质量流量，提
高风机效率，因此风机生产企业设计时应选择较大的渐开线基圆半径。

相关文章 | 计量指标

Select

基于动力学分析的机械臂可达性方法研究

杜航，唐力，尚建忠

2014, 35(2): 221-225.

摘要 ( 81 )

PDF(870KB) ( 194 )

为实现在轨维护维修性验证技术中可达性定量化分析的目的，首先对维修
任务进行任务层次法分解。在此基础上，对维修作业进行运动控制，遥控指令和自主作业指
令均通过PID 控制仿真器进行仿真，转化为各运动执行器的位移轨迹曲线，从而获得维修运
动仿真的理想运动轨迹，进而建立维修过程中机械臂的制造和控制误差模型，最后利用虚拟
运动制动器将误差的影响叠加到维修仿真中，提高维修仿真验证评价的可靠性和真实性。

相关文章 | 计量指标

Select

基于装配自由度分析解决欠约束问题

王浪，张京英，杨薇，樊琼

2014, 35(2): 226-229.

摘要 ( 38 )

PDF(423KB) ( 182 )

装配是机械制造过程中的一个重要环节，在装配过程中，经常会遇到欠
约束问题。在复杂装配环境下，某个装配零件的欠约束会对其他零件的装配产生意想不到的
结果。装配时，约束条件和零件自由度之间存在一种内在联系，通过建立基体和目标零件的
自由度空间坐标系，对约束条件和自由度关系分析，得到约束条件和自由度关系的逻辑值，
通过逻辑值判断剩余自由度的个数和类型，从而为快速解决欠约束问题提供了一种途径。

相关文章 | 计量指标

Select

基于知识库的船舶结构设计系统研发

战翌婷，费梦茹

2014, 35(2): 230-235.

摘要 ( 70 )

PDF(931KB) ( 173 )

基于船舶结构构件知识表达与组织机构的研究，结合数字化设计技术与
RPD 开发思想，提出支持快速设计的结构模型库的概念及其组织结构。利用知识表达建立
船舶的类型库，以模型库来封装船体结构数字设计功能，用分布式数据库管理船舶信息，并
以此开发了原型软件系统，实现了全船结构三维实体模型的快速设计和修改，通过一艘实船
模型的建立得到了验证。

相关文章 | 计量指标

Select

三维装配几何约束组合的分类求解策略

黄学良，李娜，陈立平

2014, 35(2): 236-242.

摘要 ( 68 )

PDF(622KB) ( 158 )

针对两个刚体之间的三维几何约束求解问题，依据几何约束的参数结构
分析了角度约束和距离约束的解耦性，给出了角度约束和距离约束可解耦求解的条件；然后
对两个刚体之间的几何约束进行组合分析，总结出约束度不小于2 的几何约束构成的组合只
有几十种，且均可采用几何推理方法进行求解；最后阐述了附加方向约束、冗余约束和矛盾
约束对数值求解的不利影响，提出了三维几何约束组合的分类求解策略，并用实例验证了该
求解策略的有效性。

相关文章 | 计量指标

Select

浅析水空跨介质航行器仿生设计研究中的CAD 技术应用

赵文迪，刘静华，梁建宏，王田苗，杨兴帮，姚国才

2014, 35(2): 243-249.

摘要 ( 138 )

PDF(907KB) ( 301 )

水空两栖跨介质无人航行器是近年来研究的热点，该航行器预期实现水
下潜伏，跨水空介质状态转换和空中飞行这3 种航行状态，存在着变密度、结构转换、动力
转换等技术问题亟待解决。自然界中存在着可以自由穿梭于水空环境中的生物，将具有这种
飞行本领的生物作为仿生对象，并进行系统研究，对突破跨介质无人航行器的关键技术研究
有着重大意义。在介绍“鲣鸟”水空两栖跨介质无人航行器这一产品在工业设计流程中的仿生
设计研究的基础上，对仿生设计的研究方法进行创新，阐述CAD 技术在仿生设计中的应用
方法及重要作用。

相关文章 | 计量指标

Select

NCP-400L 数控车床的工业设计改进研究

朱彦，曹幪

2014, 35(2): 250-255.

摘要 ( 205 )

PDF(1310KB) ( 204 )

我国很多机电产品在技术上已接近世界先进水平，但对于工业设计的重
视不够，直接影响了我国产品在国内外市场上的竞争力。通过NCP-400L 数控车床工业设计
改进的设计实践，探讨了如何在保持产品基本结构和原有工艺装备不变的前提下进行工业设
计改进的方法。运用形态比例调整、色彩表现和人机交互设计等手段，实现产品的视觉形象
与内在质量的和谐统一。

相关文章 | 计量指标

Select

一种运动轨迹引导下的举重视频关键姿态提取方法

王向东，张静文，毋立芳，徐文泉

2014, 35(2): 256-261.

摘要 ( 61 )

PDF(1824KB) ( 229 )

该文研究并提出了一种轨迹引导下的举重视频关键姿态自动提取方法。
针对举重训练，首先提取稳定的杠铃轨迹，进一步分析杠铃轨迹和关键姿态之间的关系，将
杠铃轨迹和基于姿态集的方法相结合进行关键姿态检测。根据运动轨迹的曲线极值点提取关
键视频画面，而对于其他非轨迹极值点处的关键画面采用基于姿态集的姿态估计和目标检测
方法，对每个关键姿态分别训练了一个线性的支持向量机分类器，建立图像的多尺度扫描模
式，并提出了统计计算相似度的方法来处理帧间相似度问题，实验表明该文方法在姿态检测
的准确性和效率方面都有很大改善。

相关文章 | 计量指标

Select

基于快速小波变换的高适应性图像检索技术研究

刘晙，茹庆云

2014, 35(2): 262-267.

摘要 ( 70 )

PDF(651KB) ( 157 )

在目前已有的研究工作中，基于自适应小波的图像特征在基于内容的图
像检索领域获得了广泛的应用。但这些方法存在一个共同问题，即采用相同的小波基描述不
同的查询图像。为了提高图像检索技术的自适应能力，本文对不同的查询图像设计不同的小
波基表示，从而实现用可调整的距离测度表征不同类别图像的特征改变。为了进一步降低表
征图和表征导数图的求取时间，该文使用了近似泰勒展开。实验结果表明，这种新的图像检
索技术具有高度的自适应能力，检索性能也大幅度提高。

相关文章 | 计量指标

Select

二维心音图特征提取与识别方法的研究

成谢锋，蔡华民

2014, 35(2): 268-273.

摘要 ( 118 )

PDF(2711KB) ( 211 )

针对心音的特征提取问题，将一维心音信号转换成二维心音图，采用图
像处理技术提取心音的图像特征。本文首先对一维心音信号进行小波降噪和幅值归一化，将
处理后的心音信号转换成具有统一性和可比性的二维心音图，并进行预处理；然后结合心音
生理意义和二维心音图的图像特征，对能表征二维心音图生理信息的图像特征进行分析研
究，重点研究二维心音图纵横坐标比和拐点序列码特征；最后，基于纵横坐标比、拐点序列
码、小波分解系数3 个特征，探讨利用欧氏距离和支持向量机（SVM）两种识别方法进行
二维心音图分类和身份识别的可行性。实验结果表明，3 种特征都可以实现二维心音图的分
类识别，其中拐点序列码识别率最高；这种基于图像处理的二维心音图分类和身份识别方法
具有明显的可行性和实用性，拥有广阔的应用前景。

相关文章 | 计量指标

Select

基于支持向量机的轮胎标识点形状识别

王勇，郭慧

2014, 35(2): 274-279.

摘要 ( 52 )

PDF(606KB) ( 307 )

轮胎标识点在轮胎分类中发挥着重要的作用，为了解决人工识别标识点
工作强度大、误差较高等问题，提出了一种基于支持向量机的轮胎标识点形状识别算法。首
先利用中值滤波对标识点图像进行降噪处理，根据标识点图像的灰度直方图对图像进行分割
以去除背景，并利用Canny 边缘检测算子提取标识点边缘轮廓。然后，提取标识点轮廓的
傅立叶描述子系数，最后利用支持向量机对标识点的傅立叶描述子系数进行分类以识别标识
点的形状。实验结果表明，该算法能准确地识别出轮胎标识点的形状，提高了标识点识别效
率。

相关文章 | 计量指标

Select

基于单点式力反馈器的虚拟装配研究

卢丽婷，刘林，熊巍

2014, 35(2): 280-284.

摘要 ( 109 )

PDF(5529KB) ( 214 )

：针对PHANToM Desktop 力反馈器工作空间狭小的问题，提出改进的动态
空间匹配算法和代理点移出视锥体时的漫游技术。首先分析设备工作空间在三维方向与视锥
体的匹配关系，通过对x、y 和z 轴方向进行空间匹配，实现近视点处操作精度高和远视点
处可视范围大；然后利用映射区外的工作空间进行视点漫游，可以扩展虚拟装配可视范围。
在虚拟装配过程中，实时地计算代理点与零件间的接触力，并反馈给用户，使用户可以感知
零件的几何外形与硬度特性等；同时采取弹簧质点模型计算约束力引导用户进行装配定位。

相关文章 | 计量指标

Select

一种结合曲率与平行向量的实时指尖检测方法

汪云，甘泉，李琳

2014, 35(2): 285-289.

摘要 ( 75 )

PDF(873KB) ( 298 )

根据手指几何形状大致平行的特性，本文提出一种基于曲率和平行向量
来进行手指检测的新方法。该方法首先利用深度图像信息从复杂背景环境中迅速分割出手
部；然后依据形态学操作和中值滤波进行平滑处理后提取边缘，再根据曲率定位拟指尖点；
最后采用平行向量特性排除误检点。实验结果表明，该方法在不同手指运动状态，不同光照
强度，以及复杂环境背景下均能实时定位指尖位置，指尖位置识别率可达98.64%。

相关文章 | 计量指标

Select

对虚拟模型尺寸测量方法的探索

王成刚，赵奇平，游险峰

2014, 35(2): 290-295.

摘要 ( 82 )

PDF(1429KB) ( 184 )

在分析模型测绘实践教学现状的基础上，根据模型测绘训练的特点拟定
了模型测绘尺寸测量的三种模式，探究了基于eDrawings 浏览器的虚拟模型测绘尺寸测量的
具体实现方法，并在“工程图学”的教学实践中得以应用。为模型测绘实践教学提供了切实可
行的虚拟模型测绘方法和应用实例，对加强培养、训练学生的模型测绘实践能力、动手能力
提供了重要的方法和途径。

相关文章 | 计量指标

Select

现代工程制图课堂教学改革的探索与实践

熊巍，刘林，陈锦昌

2014, 35(2): 296-300.

摘要 ( 106 )

PDF(1163KB) ( 289 )

针对当前多媒体教学存在的问题，对工程制图课堂教学改革提出一些思
路和方法。基于建构主义学习理论，遵循学生的认知心理，设计工程制图课堂教学过程和教
学方法；以传统教学手段为基础，创建一种新式的多媒体教学法。通过“粉笔板书”和多媒
体技术的完美融合，模拟真实的手工绘图过程情境；通过手势动作和课件动画的巧妙配合，
实现组合体的构形过程情境；通过实物模型和绘图软件的娴熟运用，创造师生互动的学习情
境。学生的成绩和评价证明这种新颖的教学法是对工程制图课堂教学改革的有益尝试；另外，
通过公开示范课和教学竞赛对该教学法进行推广，也获得了同行认可和肯定。

相关文章 | 计量指标

Select

基于教学事件的应用游戏评价指标研究

王庆，陈洪，赵海英，刘妍，朱德海

2014, 35(2): 301-307.

摘要 ( 100 )

PDF(686KB) ( 220 )

应用游戏是指以知识传播、技能训练、情志培养等应用需求为主要目的，
集趣味性、知识性、功能性等特征为一体的游戏类型。在一些国家也称严肃游戏或功能游戏。
本文针对目前存在的应用游戏评价指标缺乏对游戏与教育特性结合程度考察的问题，研究了
游戏与教育过程在严肃游戏中的并发关系，将应用游戏的使用过程理解为通过游戏形式组织
起来的教学过程，以信息加工理论模型延伸出9 个教学事件为参考，设计了相应的应用游戏
评价指标。尝试通过考核应用游戏对9 个教学事件的支持程度，评价其对教育目的的支持程
度，最终衡量其作为应用游戏的实用价值。

相关文章 | 计量指标

Select

面向跨语言词云可视化的拓扑布局算法研究

路强，唐靓，马坤乐，梁翀

2014, 35(2): 307-312.

摘要 ( 55 )

PDF(732KB) ( 265 )

针对大范围替换词云中单词后出现的词云拓扑结构不稳定的现象，提出一种词云可视化的拓扑保持布局算法。首先，该算法通过对替换后的词云中单词进行分散处理，使之前或重叠远离的单词按原拓扑相应分离；再利用Delaunay三角剖分算法对离词云风格化，形成控制风格；最后在控制风格的基础上采用紧凑布局的方法将分散词云紧凑为与替换前原词云拓扑一致的词云布局。针对替换的一种具体情况，即跨语言翻译词云的情况做详细介绍。该算法在提高词云而已稳定性，保持原词云拓扑结构方面是一个新的突破。

相关文章 | 计量指标

Select

三维标注信息的管理方法研究

刘荣来，吴玉光

2014, 35(2): 313-318.

摘要 ( 74 )

PDF(808KB) ( 267 )

针对三维标注存在的“刺猬”现象，提出了一种基于关联关系图的三维标注
信息管理思想。通过将标注信息关联的零件特征用图结构进行表示，以关联关系图为单位对
标注信息进行显示和分类。研究了标注信息图的定义、建立方法和关联关系图的搜索算法，
基于UG/NX7.5平台和VC++语言开发了原型软件，通过实例验证了该方法的可行性和实用性。

相关文章 | 计量指标

Select

基于MID 的检验检疫移动执法应用模型研究

包先雨，李军，王洋，吴彦

2014, 35(2): 319-324.

摘要 ( 40 )

PDF(766KB) ( 180 )

针对现有移动执法系统在软件移植、功能实现及信息安全等方面存在不
足，利用MID 终端作为执法工具，提出了一种适用于检验检疫的移动执法应用模型。详细
描述了模型的分层机构组成，给出了一种适用于该模型的信息安全机制，并分别从终端侧、
网络侧、客户系统侧角度介绍了安全机制的实现方法。应用分析表明，该模型具有实用性和
有效性，可有效提升检验检疫信息化执法水平和执法效率。

相关文章 | 计量指标

过刊目录