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2014年, 第35卷, 第5期
刊出日期：2014-10-30 上一期    下一期
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前沿探索与综述
图形学与可视化
几何设计与计算
数字化设计
视觉与图像
交互设计与虚拟现实
图学教育
应用与交流


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前沿探索与综述

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2014年第4期目录 2014, 35(5): 0-0.  摘要 ( 37 )   PDF(210KB) ( 197 )   相关文章 | 计量指标

图形学与可视化

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单纯空间相邻域及染色的研究 张士庆， 张 号 2014, 35(5): 655-662.  摘要 ( 62 )   PDF(3002KB) ( 174 )   在处处同质的N 维度的单纯空间，通过一一对应的射影变换，建立起两两相邻域 的空间映射关系；通过相邻域的计算机模拟实验和严格论证，发现并证明：N 维度的单纯空间 中，N-1 维度的两两相邻域的最大数是N+1；每一个N-1 维度的构形图可以至多用N+1 种颜 色染色。建立“实几何学”三维球面的可视模型；为近、现代科学提供了一个可视的“标准宇 宙投影模型”。 相关文章 | 计量指标

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由物体线框模型构建表面模型研究综述 李 雪， 高满屯， 赵 军 2014, 35(5): 663-668.  摘要 ( 109 )   PDF(254KB) ( 224 )   ：三维重建过程中线框模型往往作为中间模型出现，由于线框模型的二义性以及过 于简单的信息制约了它的应用，通常都要将其转换为表面模型或实体模型。该文主要围绕三维 重建中线框模型的表面构建问题，分析其中所面临的难点。根据三维重建源对象的不同，对直 接从线框模型提取特征构建表面模型、面向线框模型从单幅线图构建表面模型以及基于多面投 影图构建表面模型三个方面，综述了当前对线框模型进行表面构建的方法。在此基础上指出研 究中尚存在的问题并展望未来的发展趋势。 相关文章 | 计量指标

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基于细分粒子的刚体破裂动画 陈沸镔， 谢步瀛， 冉修远 2014, 35(5): 669-675.  摘要 ( 57 )   PDF(3330KB) ( 168 )   为了模拟固体在外力作用下产生的破裂现象，提出一种采用细分粒子的刚体破裂 的模拟算法。该算法首先将固体的四面体网格绑定到一系列离散的粒子上；再利用光滑粒子流 体动力学(SPH)对线弹性力学方程进行离散求解；并采用粒子细分的算法来进行开裂面的生成 和延展。最后实现了多个固体现象的模拟，如砖块碎落、砖墙受力倒塌等。文中算法可适用于 刚体脆性破碎的动画应用。 相关文章 | 计量指标

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四维空间内的有限元体绘制转换函数设计 唐 仪， 黄志刚， 郭钟宁 2014, 35(5): 676-681.  摘要 ( 61 )   PDF(883KB) ( 185 )   经典的有限元体绘制转换函数是定义在三维位置空间内的，然而有限元分析中还 存在四维空间的数据，为了对该类数据进行显示，现提出一种面向四维有限元数据的体绘制转 换函数模型。该模型结合有限元数据极大值区高关注度的特点和体绘制技术良好的数据筛选能 力，在原有位置空间转换函数的基础上扩充第四维，以变换出时序体绘制效果和多标量体绘制 效果。该模型的使用可极大的丰富有限元数据的图形显示方法。 相关文章 | 计量指标

几何设计与计算

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transfer function; 4-dimension field; volume rendering; finite element data 刘 敏， 林 犀， 冯 涓 2014, 35(5): 682-689.  摘要 ( 50 )   PDF(515KB) ( 175 )   轴线相交的圆柱和圆锥两立体相交时，一般情况下会产生两条相贯线。文章分析 了在圆柱、圆锥正交和圆柱、圆锥斜交情况下，相贯线随圆柱半径变化而形成的不同形状和特 殊点性质。进一步结合解析形式分析，推导了圆柱、圆锥轴线相交并产生左右两条相贯线时， 两条相贯线上最里点的分布规律；相贯线形状与圆柱半径取值范围的精确对应关系；并给出了 确定相贯线上最里点的辅助球半径公式。最后，文章依据以上结果提出了圆柱、圆锥斜交时相 贯线上所有特殊点的图解方法。 相关文章 | 计量指标

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一种基于蜜蜂进化选择算子的布局遗传算法 王金敏， 朱丽苹， 甄士刚 2014, 35(5): 690-696.  摘要 ( 67 )   三维矩形布局问题属于NP 难问题，对于三维矩形布局问题的求解大多依赖于各 种启发式算法。该文以布局物体体积递减为定序规则，结合布局物体在布局空间中的几何可行 域，以吸引子法为定位规则，利用蜜蜂进化型遗传算法优化吸引子函数中的参数来求解三维矩 形布局问题(BEGA)，得到新型布局遗传算法。最后对不同的算例进行了计算，并与以标准比 例选择作为选择算子的传统布局遗传算法(SPGA)等对比证明了该算法的有效性。 相关文章 | 计量指标

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八心圆弧拟合椭圆误差的理论解析及最优解及最优解 王国顺， 唐立波 2014, 35(5): 697-703.  摘要 ( 188 )   PDF(309KB) ( 243 )   在数控加工领域，由于加工刀具一般采用的是球刀，因此在加工非圆的曲面时采 用的是用圆弧拟合的方法转换成圆弧加工，理论拟合精度决定了加工误差；圆弧拟合椭圆有无 数解，针对八心圆弧拟合椭圆没有准确的误差算法导致拟合椭圆的精度较模糊这一问题，根据 图形学理论提出了等差拟合弧的概念，确定了八心圆弧拟合椭圆的定解区间，导出了拟合椭圆 的八心圆弧法向误差超越方程解析式，并用二分法求解，在AutoCAD 环境下应用Visual LISP 语言编程，求解出根据法向误差确定八心圆弧拟合椭圆的最小误差带，从而确定八心圆弧拟合 椭圆的最优解，使八心圆弧是否可以拟合给定形状公差的椭圆有了准确的判断依据。 相关文章 | 计量指标

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一种参数曲线间Hausdorff 距离的计算方法 林 意， 薛思骐， 郭婷婷 2014, 35(5): 704-708.  摘要 ( 63 )   PDF(351KB) ( 400 )   ：针对一般的连续参数曲线，提出一种快速计算曲线间Hausdorff 距离的方法。由 于曲线的近似折线能很好的表示曲线，所以，许多软件中，采用曲线的近似折线绘制曲线。为 此，证明了在任意给定误差范围下，可以将曲线间的Hausdorff 距离转化为折线间的Hausdorff 距离，进一步转化为点到线段间的距离进行计算，并辅之必要的剪枝策略和增量式算法以提高 计算效率。该方法计算速度快，逼近度高，基本解决了参数曲线间Hausdorff 距离的计算问题， 在几何设计、图像匹配、图像识别等领域有广泛应用。 相关文章 | 计量指标

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三角网格特征边识别的一种有效方法 张 炜， 金 涛 2014, 35(5): 709-714.  摘要 ( 56 )   PDF(1573KB) ( 192 )   三角网格特征边识别在数字几何处理和计算机辅助制造(CAM)的模具加工中都有 着广泛的应用，该文指出了近年来有关网格特征边识别算法的各种弊端及原因，给出了一种鲁 棒的网格特征边识别新算法。该算法以网格特征点的识别为基础，能够识别以往算法常遗漏的 一些二面法向夹角比较小的网格边，增强了对C1 不连续网格边的识别能力。众多数值例子支 持了这个结论。 相关文章 | 计量指标

数字化设计

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基于B 样条曲面插值误差控制的内超环面齿轮齿面建模 洪 玫， 姚立纲 2014, 35(5): 715-722.  摘要 ( 84 )   PDF(1217KB) ( 205 )   针对内超环面齿轮齿面数控加工精度难以保证的问题，提出一种基于B 样条曲面 插值误差控制的内超环面齿轮齿面建模的方法。该方法以内超环面齿轮理论齿面原型为依据， 运用B 样条曲面构造插值曲面，计算插值曲面片与理论齿面之间的误差。通过插值误差分析， 根据误差分布特点，将型值点网格不断细化，获得一组型值点阵，经插值重构后可得到满足精 度要求的内超环面齿轮齿廓模型。最后，通过数控加工验证了建模的有效性。基于B 样条曲面 插值误差控制的内超环面齿轮齿面建模方法为获得高精度的内超环面齿轮实体模型奠定了理 论基础。 相关文章 | 计量指标

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一种基于模式的服务工作流个性化定制方法 史银雪， 孙瑞志， 袁 钢 2014, 35(5): 723-728.  摘要 ( 51 )   PDF(376KB) ( 165 )   针对业务复杂多变，用户目标逐步明确的特点，提出一种面向用户需求的动态服 务工作流构建和实例化方法。首先构造服务流程模式，将业务知识和工作流相结合，作为服务 工作流的知识描述，实现对业务领域知识和与之适应的服务流程的抽象和规范；基于服务流程 模式，利用多层次匹配构造多粒度抽象服务组织模型，实现服务工作流的业务逻辑定制；然后， 利用QoS 分析进行具体服务选择，实现服务实例定制，最后通过一个应急处理示例来说明此 方法的应用。 相关文章 | 计量指标

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大部件对接中基于单位四元数的iGPS 测量位姿比对研究 徐碧菡， 孙涪龙， 赵 罡， 邢宏文 2014, 35(5): 729-735.  摘要 ( 57 )   PDF(359KB) ( 169 )   ：在大尺寸飞机部件数字化对接过程中，iGPS 的应用越来越广泛。本文在研究iGPS 测量数据结构与形式的基础上，提出了基于单位四元数的iGPS 测量位姿比对算法。与目前常 用的一些位姿比对方法相比，该算法具有计算简洁明了、编程实现便捷的优点，尤其适用于大 旋转角、多点实时测量的情形。验证实验结果表明，在不同旋转角和平移量的情况下，该算法 均具有很高的转换精度，可有效适用于iGPS 的测量位姿比对。 相关文章 | 计量指标

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基于AFV 技术的变结构体参数化设计方法研究 刘 广， 米彩盈 2014, 35(5): 736-740.  摘要 ( 49 )   PDF(450KB) ( 196 )   传统参数化方法难以适应变结构体设计，提出基于AFV(Abstract-Fuse-Verification) 技术的变结构体参数化设计方法。AFV 技术通过Abstract 将零件不同部位抽象形成模板库；Fuse 支持部位模板的设计和任意组合，提高了对变结构体设计的适应能力；Verification 按相关标准 校核结构尺寸以防止非法拓扑变异。而且，AFV 技术内部的类结构支持插件在不同CAD 平台 间切换。基于AFV 技术开发铁道车辆车轴参数化设计插件，实现了车轴的高效快速设计，验证 了AFV 技术的可行性。 相关文章 | 计量指标

视觉与图像

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一种结合CDD 模型和Criminisi 算法的图像修复算法 江 平， 张 锦 2014, 35(5): 741-746.  摘要 ( 304 )   PDF(878KB) ( 215 )   针对既含有大块缺失信息又含有划痕的图像，结合CDD 模型和Criminisi 算法的 优点，提出一种新的修复算法。算法先采用可以强化细节的自适应直方图均衡化操作来扩大图 像的动态范围，后利用形态学算子分离出待修复图像中的划痕区域与大块区域,接着用CDD 模 型对划痕进行修复，再用改进优先级的Criminisi 算法进行后续修复，最后把修复后的图像对 应于缺失区域的像素填补到待修复图像的区域中。实验结果表明，改进后的算法克服了现有算 法可能存在的偏差延续问题，使图像修复的结果更加符合人们的视觉效果。 相关文章 | 计量指标

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基于V-矩的图像分类算法 宋瑞霞， 王也娜， 孙红磊， 王小春， 齐东旭 2014, 35(5): 747-754.  摘要 ( 45 )   PDF(960KB) ( 171 )   基于一类不仅含有连续函数，还含有间断函数的正交完备函数系——V-系统，提 出相应的V-矩函数，并将之应用到图像分类中。V-系统中基函数的间断特性，使得V-矩函数 在描述含有多个闭合边界的形状时有特别的优势，这种优势表现为对这类复杂形状的特征提取 更加准确。因此用V-矩可以得到一种图像分类的有效算法。在几个通用数据库中的图像分类 实验表明，本文算法较Zernike 矩、不变矩和几何中心矩有更高的准确率，对噪声不敏感，特 别在含有多个闭合边界的复杂形状分类问题中，本文方法优势更为显著。 相关文章 | 计量指标

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基于随机权重粒子群和K-均值聚类的图像分割 李海洋， 文永革， 何红洲， 李柏林 2014, 35(5): 755-761.  摘要 ( 121 )   PDF(949KB) ( 271 )   K-均值聚类具有简单、快速的特点，因此被广泛应用于图像分割领域。但K-均值 聚类容易陷入局部最优，影响图像分割效果。针对K-均值的缺点，提出一种基于随机权重粒子 群优化(RWPSO)和K-均值聚类的图像分割算法RWPSOK。在算法运行初期，利用随机权重粒 子群优化的全局搜索能力，避免算法陷入局部最优；在算法运行后期，利用K-均值聚类的局部 搜索能力，实现算法快速收敛。实验表明：RWPSOK 算法能有效地克服K-均值聚类易陷入局 部最优的缺点，图像分割效果得到了明显改善；与传统粒子群与K-均值聚类混合算法(PSOK) 相比，RWPSOK 算法具有更好的分割效果和更高的分割效率。 相关文章 | 计量指标

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一种基于视觉感知的H.264 码率控制算法 田 波， 杨宜民， 蔡述庭 2014, 35(5): 762-767.  摘要 ( 59 )   PDF(667KB) ( 281 )   针对目前视频编码标准H.264 的码率控制算法未考虑人眼视觉感知、易导致编码 后视频图像质量波动的不足，提出了一种基于视觉感知的H.264 码率控制算法。首先，设计了 像素域的恰可察觉失真模型。在此基础上，根据各帧的恰可察觉失真的大小进行帧层比特分配。 其次，建立了基于结构相似度的率失真模型，并采用此模型设计了基本单元层(basic unit, BU) 的比特分配方案。最后结合二次速率-量化模型得到量化参数。实验结果表明，该算法与目前 H.264 中典型的码率控制算法相比，错误率降低了0.2%。 相关文章 | 计量指标

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遥感图像的云分类和云检测技术研究 周雪珺， 杨晓非， 姚行中 2014, 35(5): 768-773.  摘要 ( 79 )   PDF(2737KB) ( 290 )   为了有效减小云层遮盖对遥感图像数据利用率的影响，提出了一种基于灰度特性 的算法，实现了遥感图像高效自动的云分类及云检测。该方法首先将大幅遥感图像切分成小块 子图，然后统计子图灰度值的均值和方差，在此基础上将云分成无云、薄云和厚云三类，最后 通过边缘检测算法，实现了对厚云影响范围的有效标记。对100 幅典型水域遥感图像的实验测 试结果表明：正确云分类判别率达到97%，误判率小于4%，漏判率小于2%，基本满足实时性 需求，证明了该算法的有效性。 相关文章 | 计量指标

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基于数学形态学和颜色特征的车牌定位方法 廉 宁， 徐艳蕾 2014, 35(5): 774-779.  摘要 ( 72 )   PDF(1087KB) ( 255 )   ：为了解决单一车牌定位算法在复杂背景中定位效果不理想的现状，提出一种数学 形态学和颜色特征相结合的算法对车牌进行定位。首先利用最大类间方差法(Ostu 算法)找到一 个最佳的阈值，根据所得阈值把得到的灰度图像二值化，然后采用一种改进的数学形态学算法 对图像进行边缘检测，最终结合数学形态学和车牌颜色特征进行准确定位。实验表明该算法明 显优于传统或单一的车牌定位方法，定位准确率高，对背景限制少，应用范围广。 相关文章 | 计量指标

交互设计与虚拟现实

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人体6 自由度运动参数无线测试系统BTViewer 的设计与开发 李祥晨， 李 蕾， 张茉莉， 魏传民， 张建文 2014, 35(5): 780-786.  摘要 ( 67 )   PDF(1020KB) ( 235 )   为解决测试人体在三维空间中的关节运动参数，自主设计了人体六自由度运动参 数测试系统BTViewer。基于惯性传感器跟踪技术，设计了整体的系统平台工作流程，同时完成 了相关算法。为降低误差、减少漂移现象，本实验采用集成的三轴加速度计、三轴磁力计的模 块LSM303DLH 以及三轴陀螺仪动态采集样本数据，通过无线装置传输到电脑，有效合理地对 采集到的数据进行预处理，将原始数据互补滤波之后解析成实际数据，准确地得到人体六自由 度运动参数。最后，运用Qt 集成的OpenGL 等模块进行曲线、三维等可视化显示。实验表明， 该系统的设计达到了预期的要求，能够较好地跟踪人体6 自由度运动参数。 相关文章 | 计量指标

图学教育

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面向机械类本科生以实践为先导的工程图学教学方式探讨 李富平， 杨文通， 王建华 2014, 35(5): 787-790.  摘要 ( 72 )   PDF(221KB) ( 212 )   ：从实践的角度出发，结合“卓越工程师培养计划”、金工的实训课程、以及绘制“减 速箱”的要求，论述了在工程图学实践教学过程中以任务为驱动，以学生为主体的教学方法， 该方法将图学知识与图学实践相结合，并将该实践融入大学整个教学之中，有助于培养学生的 工程意识和创新能力。 相关文章 | 计量指标

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强化工程意识与工程图样绘制能力的工程图学教学探讨 李雨桐， 王玉新 2014, 35(5): 791-797.  摘要 ( 87 )   PDF(584KB) ( 247 )   结合作者在企业长期工作积累的经验，对强化工程意识与工程图样绘制能力的工程 图学教学进行了探讨，通过化整为零、见缝插针的教学方式，将与工程图样绘制相关的工程实践 知识作为补充内容，安插在相应的章节，以开拓知识面的形式进行介绍，然后在装配图绘制等实 践教学环节中，鼓励学生将学到的工程实践知识运用到零件构型设计与工程图样绘制之中，培养 学生工程图样绘制的工程背景意识，为将来绘制出符合工程实际要求的工程图奠定基础。 相关文章 | 计量指标

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机械制图中CAD 教学的软件选择与教学设计 唐永勇， 冯 剑， 陈国民， 杜振华， 陈 明 2014, 35(5): 798-803.  摘要 ( 51 )   PDF(372KB) ( 283 )   ：针对机械制图中CAD 教学的学时短、内容多等问题，采用精简教学内容，注重实 际操作的融合式教学法具有较好的效果；综合比较了国内外二维绘图软件的功能与特性，在满 足学校软硬件配置要求的前提下，提出教学软件除应具有应用广泛、通用性好、操作界面友好 等性质外，还要能体现设计思想与表达形式相分离的先进设计理念。教学实践表明，恰当的软件 选择和以动手能力为目标的CAD 教学方法能很好地满足学时和能力要求，拓展了学生的知识面。 相关文章 | 计量指标

应用与交流

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基于HyperMesh 二次开发的无铆钉铆接 陆善彬， 吕 婕， 陈 伟， 冯兆玄， 戚桂悦， 叶 辉 2014, 35(5): 804-808.  摘要 ( 152 )   PDF(1119KB) ( 501 )   目前采用约束单元SPR2 建立无铆钉铆接的简化有限元模型，建模简单，仿真精 度较高，但HyperMesh 12.0 版本不支持SPR2 建模，导致了整车建模效率较低，因此本文应用 Tcl/Tk 语言和 HyperWorks 内置函数开发了整车铆接SPR2 的有限元快速建模模块。并以某轿 车铆接建模为例，验证了该模块的可操作性。该模块可根据用户选择的铆接点自动识别连接板 件，极大地提高了建模效率，同时可有效地避免软件的升级更新，节约费用，并为其他新型连 接的有限元快速建模提供了一种参考方法。 相关文章 | 计量指标

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中国木版年画的画版处理技术研究 雷鸿源 2014, 35(5): 809-814.  摘要 ( 61 )   PDF(4685KB) ( 179 )   为了对中国木板年画进行数字化保护，本文以套色印刷的朱仙镇木板年画为例， 采用图像处理技术从年画中提取出线版和色版。处理流程分为前处理、线版提取、色版提取和 后处理四个部分。以像素的RGB 和CMY 颜色分量比率计算灰度值，将图中大部分彩色转化为 白色，依此对年画进行去色处理；再经过阈值处理、形态学处理和线条光滑获得年画的黑色线 版。主要利用K-均值聚类方法获取年画的色版。本文的处理结果很好地表现了年画的画版原貌， 所提出的处理框架对于中国木板年画的数字化保护具有较高的实用价值。 相关文章 | 计量指标