图学学报

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2014年第3期目录

2014, 35(3): 0-0.

摘要 ( 47 )

PDF(366KB) ( 166 )

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基于直线平行垂直关系美化三维线框模型

何波，高满屯，王淑侠

2014, 35(3): 325-329.

摘要 ( 110 )

PDF(644KB) ( 196 )

针对计算机线图解释中直线间几何关系可能存在不准确，从而出现视觉
表达问题的不足，研究了基于直线平行垂直关系美化三维线框模型方法。首先，计算正视投
影空间中三维线框模型中棱线方向矢量并选择基准棱线；然后，采用直线间平行垂直约束对
线框模型中出现几何错误的直线进行校正，重新选择已校正棱线为基准棱线重复上述操作；
最后根据新的棱线参数确定三维线框模型顶点新坐标。通过算例结果表明，该方法能够有效
地解决线框模型中出现的平行垂直几何问题，达到线框模型视觉上的美化。

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面向自定义格式的动画角色数据转换工具

聂文超，李琳, 刘晓平

2014, 35(3): 330-335.

摘要 ( 89 )

PDF(5077KB) ( 273 )

为了充分利用常用建模软件里动画角色数据信息，进行动画角色算法的
研究，开发了动画角色数据转换工具。该转换工具包括导出模块和导入模块。其中导出模块
通过对3ds max 动画角色数据结构的分析，采用max SDK 进行二次开发，将3ds max 中的
数据导出到用于存储动画角色信息的自定义格式的文件中，便于使用者通过导出的文件数据
进行动画角色网格与运动数据融合等方面的算法研究；导入模块通过max SDK 读取自定义
文件中的数据进行动画角色的导入重建，便于使用者在3ds max 里对经过算法操作后的动画
角色进行观察。动画角色数据转换工具大大减轻了研究人员的负担，使研究人员可以对最本
质的动画角色数据进行算法研究，而不用考虑对数据的重建渲染等。

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基于显著结构重构与纹理合成的图像修复算法

朱晓临，陈晓冬，朱园珠，陈嫚，李雪艳

2014, 35(3): 336-341.

摘要 ( 108 )

PDF(929KB) ( 326 )

文章结合结构修复算法及纹理修复算法各自的优点，并考虑显著结构对
图像修复的巨大影响，提出结合显著结构重构与纹理合成的图像修复算法。算法先利用形态
学算子剥离待修复图像中细小结构与大块区域；然后利用快速结构修复算法对图像进行处
理；再利用插值对待修复图像进行显著结构重构；最后利用基于改进优先级的加权匹配图像
修复算法进行后续修复。实验结果表明，对既有显著结构同时又包含丰富纹理的待修复图像，
与传统算法相比，本文的算法不但有更好的修复效果，而且耗时更少。

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遮挡线索增强的最大密度投影算法

罗月童，朱会国，韩娟，徐云云

2014, 35(3): 343-349.

摘要 ( 81 )

PDF(1160KB) ( 221 )

遮挡线索增强的最大密度投影算法（OEMIP）旨在解决最大密度投影法
（MIP）不能正确表达遮挡线索的问题，它包括两个步骤：首先使用K-Means 聚类算法从
MIP 结果图像中自动提取结构特征；然后根据结构特征自适应调节MIP 绘制过程以正确表
达遮挡线索。此外，引入绘制优先级以避免重要特征被次要特征严重遮挡，并给出绘制优先
级的自动设置算法。多个体数据的测试结果表明OEMIP 能显著增强遮挡线索，且能实现实
时交互。

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应用于灰度图像分割的基于流体静力学原理活动轮廓模型

黄文钧，方丽菁

2014, 35(3): 350-357.

摘要 ( 55 )

PDF(1196KB) ( 185 )

提出一种新的活动轮廓模型，应用于灰度图像分割。此模型建立在流体
静力学理论之上, 运用流体静力学理论直接驱动连续曲线，逼近被包围的目标。该模型能够
分割多重目标、能够分割嵌套的目标、能够有效地控制过分割现象。

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基于面部曲线弹性匹配的三维人脸识别方法

潘仁林，达飞鹏，邹红艳，王朝阳

2014, 35(3): 358-367.

摘要 ( 75 )

PDF(642KB) ( 243 )

提出一种基于面部径向曲线弹性匹配的三维人脸识别方法。使用人脸曲
面上的多条曲线表征人脸曲面，提取三维人脸上从鼻尖点发射的多条面部径向曲线，对其进
行分层弹性匹配和点距对应匹配，根据人脸不同部位受表情影响程度不同，对不同曲线识别
相似度赋予不同权重进行加权融合作为总相似度用于识别。测试结果表明该方法具有很好的
识别性能，并且对表情、遮挡和噪声具有较好的鲁棒性。

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雅克比矩阵近似更新的三维装配约束求解研究

丁建完，侯文洁，熊涛

2014, 35(3): 368-373.

摘要 ( 114 )

PDF(1919KB) ( 239 )

提出了三维装配约束求解中雅克比矩阵近似更新的方法。该方法通过对
迭代过程中满秩以及行秩秩亏雅克比矩阵进行近似更新，提高了约束求解的效率。首先在非
线性迭代求解过程中添加雅克比矩阵及其逆矩阵近似更新的公式；然后给出使用近似更新公
式需要满足的限制条件；最后通过对奇异点扰动算法的描述介绍迭代求解过程中雅克比矩阵
发生行秩秩亏的处理办法。文中提出的策略与算法已在三维装配约束求解引擎CBABench
中实现，给出的实例表明本文提出的方法效果显著。

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三次平面H-Bézier 螺线

蔡华辉，柳炳祥，程燕

2014, 35(3): 374-378.

摘要 ( 71 )

PDF(404KB) ( 256 )

基于光顺曲线设计需求，一条曲率单调且曲率正负不变的三次平面
H-Bézier 螺线段被构造。由于此螺线具有起点曲率为零的特性，它可以替代回旋曲线作为道
路设计中的缓和曲线。同时螺线还含有形状参数，故它具有曲线形状可调性的优点。最后，
利用此H-Bézier 螺线，构造了两直线间满足G2 连续的缓和曲线。

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终端区航迹簇的中心航迹提取方法研究

赵元棣，孙禾，王洁宁，李桃

2014, 35(3): 379-386.

摘要 ( 104 )

PDF(1182KB) ( 337 )

为了有助于飞行计划的准确制定和管制员工作负荷的减轻，提出了一种
基于计算几何的中心航迹提取方法。首先由雷达航迹数据生成三维点云模型，然后沿飞行方
向对原始点云进行自适应采样，接下来利用采样得到的代表点集建立图结构并进行优化，最
后先后通过均匀化处理以及光滑处理，生成最终的中心航迹曲线。真实数据的实验结果表明：
该方法能够准确地提取终端区航迹簇的中心航迹，并有效识别其特征点，同时本文方法具有
一定的鲁棒性。

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高速机车风挡玻璃格栅模设计关键技术研究

宋玉旺，杨昌昊，石晓飞，席平

2014, 35(3): 387-395.

摘要 ( 72 )

PDF(1342KB) ( 182 )

作为一种品种多而批量小的热弯成型曲面夹层玻璃，高速机车风挡玻璃
要满足气动性、可视性和安全性等要求，模具设计是缩短研发周期和降低研发成本的关键技
术之一。从精度、重量和成本三方面对比分析了实心模、空心模和格栅模，选格栅模为热弯
成型模具。基于通用CAD 平台的设计方式，导致格栅模的设计工作具有较高的复杂度和重
复度。为了提高设计效率和设计质量，首先，在考虑热弯成型工艺的基础上，提出并实现格
栅模基平面的确定和转正方法，给出方法的流程图和具体数学公式，以及实例和数据。其次，
通过输入起止位置和型线数目实现型线自动提取、编号和记录，规范型线提取流程，给出型
线提取实例。最后，基于上述关键技术开发的专用设计软件，成功应用于北京明盾技术有限
公司系列高速机车风挡玻璃研制，给出了格栅模和风挡玻璃的实例，初步验证了方法的有效
性和软件的实用性。

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一种改进的蚁群算法在工艺规划与车间调度集成优化中的应用

王进峰，范孝良，宗鹏程，万书亭

2014, 35(3): 396-401.

摘要 ( 47 )

PDF(411KB) ( 170 )

改进标准蚁群算法的执行策略，可提高工艺规划和调度集成问题的求解
质量和效率。通过节点集、有向弧/无向弧集、AND/OR 关系，建立了基于AND/OR 图的工
艺规划和调度集成优化模型。提出一种求解工艺规划与车间调度集成问题的改进蚁群优化算
法，采用了信息素动态更新策略避免收敛过慢和局部收敛，利用多目标优化策略提高求解质
量。仿真结果证明了该算法的有效性。

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层次聚类法在逆向工程中的应用研究

白代萍，李艳芹，丁静，杨勇，樊跃

2014, 35(3): 402-407.

摘要 ( 52 )

PDF(673KB) ( 187 )

针对层次聚类法和逆向工程的点云采样问题，在深入分析层次聚类法特
征的基础上对其进行了分类定义，包括曲面变分、BSP 构建等关键技术，构建了算法实现的
流程图。应用该算法结合Geomagic Qualify 软件对某汽轮机厂的水轮机叶片进行了采样和逆
向建模研究，证明了层次聚类法在逆向工程方面应用的可行性。

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大型定子叶片铸件的数字化测量及误差评定

时可可，潘为民，郭志强，雷贤卿，叶欣

2014, 35(3): 407-411.

摘要 ( 68 )

PDF(1787KB) ( 218 )

：随着航空、航天、船舶、汽车和模具工业的飞速发展，复杂曲面的数字
化测量与误差评定技术对曲面加工精度起着越来越重要的作用。利用激光跟踪测量设备对大
型定子叶片铸件进行了数字化测量，对测量点云进行了去噪、精简等数据处理，并将测量点
云与理论模型进行了基准匹配，计算出了定子叶片铸件各部位的误差分布，实现了对大型定
子叶片铸件的误差评定；测量及误差分析结果可以用于优化叶片在后续加工中的装夹姿态，
使叶片各部位的加工余量趋于均匀，有效提高产品制造精度和加工效率。

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气力式水稻芽种直播精量排种器关键部件的设计与仿真

张顺，夏俊芳，翟建波，张秀梅

2014, 35(3): 412-416.

摘要 ( 68 )

PDF(1722KB) ( 169 )

针对气力式排种器窝眼及吸孔内部的气流场难以进行精确计算和分析的
问题，论文结合生产实际确定了排种器窝眼滚筒的结构参数和工作转速，并应用Pro/E 软件
分别对排种器的窝眼滚筒、窝眼及吸孔内的气流场进行三维建模。利用CFD 软件对3 种不
同结构参数的窝眼及吸孔内的气流场进行仿真模拟，其结果表明：半球型窝眼的吸种性能理
论上优于锥孔型和直孔型；吸孔直径越大，吸种能力越强，吸种效果越好。此方法适于复杂
气流场的精确计算和仿真。

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基于球面调和映射的三维产品形态融合方法研究

苏建宁，吴江华，刘芸，张秦玮

2014, 35(3): 417-422.

摘要 ( 85 )

PDF(685KB) ( 202 )

三维产品形态的创新设计在产品造型设计中具有重要的地位，是提高产
品竞争力的重要手段。基于球面调和映射，提出一种新算法，在两个产品之间实现形态的变
形，进而产生多种产品形态。首先对两个三维产品形态划分三角网格; 然后将网格化的产品
形态嵌入到一单位球面上，生成嵌入体模型，该嵌入体与其三维产品形态有着相同的拓扑结
构；最后将这两个嵌入体融合，在两个形态之间建立一种对应关系，通过线性插值生成一系
列的中间形态。以两个不同形态的鼠标基体模型为例进行实验研究，结果表明该算法对于产
品形态的融合具有很好的适用性。在计算机辅助产品形态造型设计中将具有良好的应用前
景。

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基于品牌识别的工程机械色彩设计研究

李江泳

2014, 35(3): 423-428.

摘要 ( 75 )

PDF(2571KB) ( 234 )

为了提升工程机械企业的品牌形象和增强产品竞争力，提出基于品牌识
别的工程机械色彩设计方法，讨论了品牌识别的色彩设计问题，针对工程机械的色彩设计特
点和色彩设计影响因素，探讨基于品牌识别的色彩设计程序与方法，并通过液压挖掘机色彩
设计实例，验证了基于品牌识别的工程机械色彩设计的有效性和实用性。

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基于Gaussian-Hermite 矩的图像局部特征描述与匹配研究

张朝鑫，席平

2014, 35(3): 429-435.

摘要 ( 52 )

PDF(1028KB) ( 354 )

图像局部特征描述一直是图像配准与图像检索中极为重要的一部分。本
文深入研究Gaussian-Hermite 矩及其旋转不变矩的性质，根据尺度因子不影响其旋转不变性
的特点，提出基于多尺度Gaussian-Hermite 矩的图像局部特征描述方法，并通过实例与现有
的特征描述方法进行详细比较。实例结果表明，所提出的方法具有更强的特征描述能力。

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基于视点纠正的鱼眼图像场景化漫游方法

张海彬，余烨，李琳，刘晓平

2014, 35(3): 435-441.

摘要 ( 89 )

PDF(831KB) ( 222 )

针对鱼眼图像畸变大、表示的场景信息不直观等特点，本文提出了一种
基于视点纠正的鱼眼图像场景化漫游方法。该方法以鱼眼图像所表示的半球空间为观察对
象，通过视点的转移在半球空间进行漫游，以对不同区域内的场景信息进行直观的观察。采
用鱼眼图像校正算法为基础建立鱼眼镜头的球面映射模型，通过映射关系对以视点为中心的
观察区域进行实时校正，当视点变化时对校正后的可视区域进行实时显示从而实现漫游。实
验结果表明，通过本文算法能够实现鱼眼图像所表示半球空间的实时漫游，且漫游时显示的
校正图像满足直线约束标准。

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一种运动矢量和DCT 融合的无参考视频质量评价模型

吴丽丽，余春艳，陈国龙，郑维宏

2014, 35(3): 442-449.

摘要 ( 82 )

PDF(1441KB) ( 303 )

网络丢包引发的视频失真是网络视频流媒体服务质量评价的研究重点。
网络丢包引发的人眼视觉感受与丢包所在帧类型、视频帧的运动剧烈状态和纹理丰富程度有
着显著关联，提出了一种运动矢量和DCT 融合的无参考视频质量评价模型，以发生丢包的
宏块为基本研究对象，以运动矢量表征其运动剧烈程度，以DCT 直流系数刻画其纹理丰富
程度，无需获取原始视频任何信息，无需完全解码，关联运动矢量和DCT 完成视频质量的
客观评价。实验结果表明，该模型的评价结果与主观评价结果有较好的一致性。

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基于力反馈的虚拟拆卸系统关键技术研究

李嘉，侯文，夏文文，杨艳芳，陈定方

2014, 35(3): 450-454.

摘要 ( 107 )

PDF(726KB) ( 234 )

在虚拟拆装系统的研制过程中，一般要求设计的系统具有尽可能好的“沉
浸感”，除了给用户良好的视觉感受外，应尽可能多的增加其它感官感受，例如触觉等。因
此，对于力/触觉反馈的研究就变得尤为重要。该文在对PHANTOM Omni 力反馈装置工作
原理分析的基础上，运用VC++与OSG 相结合，实现了虚拟物体的拾取和交互式移动，针
对典型机械装备，开发了基于力反馈的交互式虚拟拆卸系统。使维修人员对机械产品和维修
场景产生最直接的感受与真实的操作体验，提高维修人员的维修质量和效率，降低训练成本。

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拔尖人才培养模式下的工程图学教学研究

姜文锐，宫娜

2014, 35(3): 455-458.

摘要 ( 114 )

PDF(922KB) ( 277 )

为适应拔尖创新人才培养的需要，提高工程图学教学效果，本文提出了
工程图学课程的改革方案，进行了实践研究。采用中英双语教学模式，开展基于构型创新设
计的工程图学实验课与自主型交互式机械设计制图实验课。培养了学生的创新思维与工程意
识，锻炼了其动手实践能力，提高了学生团队合作素质，为专业知识的学习打好基础，取得
了理想的教学效果。

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探索学科交叉融合的综合性工业设计教学模式

尹虎

2014, 35(3): 459-463.

摘要 ( 71 )

PDF(1585KB) ( 311 )

本培养模式重点在于把以前被割裂开来的课程体系重新整合成为相互联
系的整体，以适应设计学科专业交叉融合的发展趋势，建立综合性的工业设计教学体系。此
教学模式强调以工业设计为中心，有机地融合设计、工程和经济管理相关知识，使学生在更
宽的专业思维和视野环境中培养设计创新能力。具体教学环节采用研究型教学模式和突出以
主题研究项目为载体的实践环节，突破了知识传授型的传统教学模式，建立了以学生为核心
的创新型人才培养模式。由教师、企业管理人员和设计师组成的教学团队，从不同视角为学
生讲解产品创新理念和案例分析，引导学生科学地开展主题研究项目。

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三维CAD 辅助工程制图教学的方法

张淑艳，雷光明，成彬，张青

2014, 35(3): 464-468.

摘要 ( 108 )

PDF(1393KB) ( 282 )

针对工程制图投影理论学习中学生空间想象力与空间逻辑思维能力不强
的问题，将三维CAD 造型技术适时地引入到教学内容中。作为一个新的教学理念，采用现
代化的教学手段，用三维CAD 造型技术辅助工程制图教学，帮助学生实现“平面-空间-平面”
这一过程的思维转换，即由平面视图想象三维空间形体的形状再将形体通过视图形式来图解
表达。实践证明，三维CAD 与工程制图的有机融合可以提高学生的空间想象力与构型能力，
并能培养图学意识。

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基于“4S”的创新型拔尖人才培养模式研究

郭锐，田娅娅，赵静一

2014, 35(3): 469-474.

摘要 ( 115 )

PDF(698KB) ( 197 )

以实践中培养特色鲜明、实践能力强的工程应用型创新人才的经验为基
础，对依托产学研基地培养工程领域创新型人才的培养模式进行研究，通过改变传统教育思
维定式和固有观念，以学生为主体，以教师为主导，以任务式教学为主线，促进学生以创新
为核心的整体素质的提高。阐述如何构建一种有利于拔尖创新型人才培养的教育模式，使学
生成长为工程领域的创新型拔尖人才；怎样最大限度地发挥任务式教学的作用，使其成为人
才培养环境中的重要因素；充分发挥产学研基地的作用，为创新型拔尖人才培养提供良好的
实践条件。

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基于GIS 的成图大赛信息系统的设计与实现

刘继鹏，肖海红，邵立康

2014, 35(3): 475-480.

摘要 ( 58 )

PDF(7231KB) ( 43 )

在分析成图大赛信息系统的网络拓扑结构的基础上，设计了基于C/S 的
系统体系结构，并对系统主要功能模块关键技术做了详细的描述，采用WebGIS 中间件与
MapInfo OLE+嵌入式技术，建立了成图大赛信息系统，并重点介绍了成图大赛GIS 专题图
的制作与分析。

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层次化UML 状态机在拆装过程仿真中的应用

陈静杰，李会茹，曾学锋

2014, 35(3): 481-485.

摘要 ( 58 )

PDF(537KB) ( 192 )

针对目前飞机维修培训中拆装流程复杂，系统模型繁多的问题，采用层
次化分析法和UML 状态机相结合的建模方法，建立飞机组件的拆装过程模型。运用UML
状态机建立拆卸组件的状态、迁移和约束模型，规范拆卸零部件模型的统一性表达，提高建
模的效率。利用层次化方法对零部件进行层次规划，实现拆卸目标组件的有序逻辑表述，实
时监测拆卸零部件的状态，从而建立仿真程度高的训练模型。最后，以维修培训平台中飞机
某组件的拆装为例，验证层次化UML 状态机拆卸过程仿真方法的有效性。

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天然气管道大孔泄漏速率的建模与分析

陈平，梅华锋，赵海林

2014, 35(3): 486-489.

摘要 ( 105 )

PDF(621KB) ( 321 )

通过对天然气管道泄漏过程的分析，建立了气体的大孔泄漏模型。对大
孔泄漏过程存在的3 种状态进行讨论分析，验证了在高压情况下只存在管内亚临界流、孔口
临界流和管内孔口都是临界流两种情况，在低中压情况下只存在管内亚临界流、孔口临界流
和管内孔口均为亚临界流两种情况，并且分析了不同泄漏点和不同压力情况下发生泄漏的速
率变化情况。采用本文的计算模型可以较好的计算出不同泄漏孔径的泄漏速率，为长输管道
的定量风险评价提供依据。

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