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    前沿探索与综述
    2010年第4期目录
    2010, 31(4): 0. 
    摘要 ( 28 )   PDF(311KB) ( 160 )  
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    计算机辅助设计与应用
    面向协同设计的VRML模型装配特征信息重建方法
    行开新, 田 凌, 童秉枢
    2010, 31(4): 1-6. 
    摘要 ( 22 )   PDF(780KB) ( 166 )  
    VRML模型具有适用于网络化协同设计的许多优点,但在应用时,其离散的三角面片构型造成了大量设计信息的缺失,限制了协同设计操作的实现。由于机械设计中回转体约占70%,其特征参数(如回转中心,回转半径等)在设计过程中有重要意义。为此提出了基于向量空间的回转体特征参数提取方法,对装配特征信息进行重建,为基于VRML模型的协同浏览、尺寸信息查询、模型装配定位等操作提供重要参数。对算法复杂度进行了分析。实验表明在高精度要求下算法具有很高的效率。
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    基于二次误差测度的车身网格简化算法研究
    李 旭, 周 卓, 时艳茹, 尹鹏举
    2010, 31(4): 7-11. 
    摘要 ( 32 )   PDF(564KB) ( 221 )  
    在车身逆向设计中,点云数据预处理后形成的拓扑网格数据庞大,导入三维软件中进行处理时,对计算机显示、分析、存储、传输等造成很大负担。该文研究了车身曲面重构过程中基于二次误差测度的边折叠网格简化算法。该算法将点到相关平面距离的平方和作为误差测度,进行多次选择性边折叠,实现网格有效简化。采用VC++6.0编程实现了该算法,实验表明, 算法稳定可靠, 效率较高,简化效果好。
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    卸载过程的物料运动研究
    朴香兰, 郭 越
    2010, 31(4): 12-16. 
    摘要 ( 22 )   PDF(448KB) ( 171 )  
    在物料输送中卸载过程的物料运动是非常复杂的。利用运动学原理分析了物料的受力情况,解析了水平输送、倾斜向上输送和倾斜向下输送3种情况时临界状态发生的条件,确定了输送带以不同角度趋入滚筒时物料被抛出的始点位置和切线角,研究了物料在输送带上的运动状况并得出结论,最后建立卸料轨迹方程,用计算机实现了轨迹线的绘制。
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    基于Solid Edge的直齿圆锥齿轮建模研究
    史艳红, 张淑贤, 姚 新
    2010, 31(4): 17-21. 
    摘要 ( 45 )   PDF(499KB) ( 194 )  
    在开发新型多路供货机构的单动力驱动动力分配箱时,采用了圆锥齿轮。该设备对齿轮精度要求高,采用传统方法设计难以达到。因此,采用Solid Edge对齿轮进行设计、建模后直接进行数控加工,在参数和材料不变的情况下提高了齿轮的精度和承载能力。这项研究基于Solid Edge 平台与Excel 数据的有机结合。该设计方法应用在各种规格单动力驱动动力分配箱中的圆锥齿轮,并对复杂零件的精确建模有参考价值。
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    基于UG的燃气轮机管路元件库的开发技术研究
    张志刚, 赵 罡
    2010, 31(4): 22-26. 
    摘要 ( 44 )   PDF(440KB) ( 168 )  
    介绍了基于UG的燃气轮机管路元件库系统的开发技术,具体讲述了建立元件库的要求、元件库系统的体系结构、元件库的建立方法。通过分析燃气轮机常用管路元件的形状特征,提取各类管路元件的特征参数,获取相似元件的样板模型,建立了包括八类常用管路零件的元件库系统。此管路元件库系统有很好的易用性、扩充性和维护性,为后续的计算机辅助三维管路敷设系统开发奠定了基础。
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    计算机图形学与应用
    软阴影算法及实现
    曾晓一, 何援军
    2010, 31(4): 27-31. 
    摘要 ( 75 )   PDF(488KB) ( 334 )  
    提出了一个实时软阴影算法。首先以光源为视点生成包含场景深度信息的“阴影映射图”,然后从观察者视点将场景渲染到一个屏幕纹理缓冲中,进而对此纹理采用percentage closer filtering (PCF)策略进行反走样,最后采用高斯滤波对阴影进行模糊处理。该算法不仅得到了较好的软阴影效果,并且也有较好的实时性,可适应实时动态变化场景的需求。
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    一种空间BRDF的编辑算法
    王志前, 李 航, 程志全, 党 岗
    2010, 31(4): 32-38. 
    摘要 ( 40 )   PDF(676KB) ( 210 )  
    双向反射分布函数(BRDF)一直是图形学中物体表面外观表现最通用的方法,空间BRDF是目前最优的一种BRDF,它只比标准RGB纹理多占用很小的存储空间,却达到了更加逼真的效果。但是,SBRDF的获取过程极为复杂和烦琐。该文提出了一种手工编辑SBRDF的算法,它不仅可以处理测量获取的SBRDF纹理,也可以利用标准的数字图像来实现SBRDF并进行更改。最后,通过实例渲染效果展示了该编辑工具的功效。
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    一种基于GPU实现的自适应八叉树纹理绘画算法
    李 航, 党 岗, 程志全, 金士尧
    2010, 31(4): 39-34. 
    摘要 ( 39 )   PDF(592KB) ( 174 )  
    当前,虽然基于二维图像映射定义的传统二维纹理已得到广泛应用。但是它有很多局限性。这是因为很多三维模型在纹理空间中进行参数化是非常困难的,例如隐式表面、细分表面和高密度或高细节的多边形网格。基于八叉树纹理定义,提出了一种新型的自适应八叉树纹理绘画算法。和传统的八叉树纹理映射算法相比,不但占用更少的存储空间,而且实现了基于GPU的纹理查询,有更快的查找速度。
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    单视点生成体视图的方法研究
    王 飞, 王晨升, 刘晓杰
    2010, 31(4): 45-49. 
    摘要 ( 37 )   PDF(520KB) ( 165 )  
    :简述了体视投影的原理,根据透视变换矩阵推出了体视投影的变换矩阵,研究了基于单视点透视功能生成体视投影的方法,即将原对象物体沿x错切和平移变换后,即可由当前视点(右视点)得到第二视点(左视点)的投影图,并用射影几何从理论上证明了算法的正确性。用AutoCAD生成算法的体视投影,结果表明方法正确。
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    医学图像与设备
    立体视觉技术的应用与发展
    周 星, 高志军
    2010, 31(4): 50-55. 
    摘要 ( 105 )   PDF(615KB) ( 727 )  
    对双目视觉的理论基础、基本原理及其核心技术-立体匹配技术进行了系统的研究与总结,简要介绍了双目视觉技术在DARPA2005挑战赛、美国勇气与机遇号火星车及上海航天局805所研制的攻关样机MR-3上的应用,最后根据目前立体视觉的发展现状和存在的问题提出今后的发展方向。
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    计算机图形学与应用
    基于局部环境敏感的动态植物建模研究
    黄艳峰, 陈 涛
    2010, 31(4): 56-61. 
    摘要 ( 36 )   PDF(471KB) ( 154 )  
    通过在L-系统中引入提问模块和剪枝函数,对植物剪枝后内部资源分配发生改变的情况进行L-系统建模,并通过仿真实验分别实现了一个二维空间的植物抽象发展过程和一个三维空间下的植物剪枝模型。实验表明,这种建模方式可以很好地模拟植物剪枝后的生长变化过程,对虚拟农林、虚拟园艺的研究有一定借鉴意义。
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    基于IFS的Sierpinski三角形的生成及其推广
    胡海龙, 刘树群
    2010, 31(4): 62-66. 
    摘要 ( 69 )   PDF(558KB) ( 203 )  
    阐述了基于IFS的Sierpinski三角形分形图形的生成原理,并对其生成技术进行推广。包括两个方面的推广,第一,生成元形状可以为点、线段、三角形、四边形(正方形)、圆,得到的吸引子相同,由此得到吸引子与生成元形状无关的结论。第二,对Sierpinski三角形的IFS进行适当的调节,可以得到新的IFS,并生成新的吸引子,这为从已知的IFS得到新的IFS提供了参考方法。
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    基于脊波变换的旋转不变性纹理特征提取方法
    韩 光, 赵春霞
    2010, 31(4): 67-72. 
    摘要 ( 31 )   PDF(663KB) ( 174 )  
    提出了一种新的基于脊波变换的旋转不变性纹理特征提取方法。该方法是先在脊波变换过程中的一维小波变换后所形成的每个频率子波段中提取特征,然后采用构建直方图的方法来提取同一尺度下高、低频子波段之间的关系特征,最后将这些特征进行一维傅里叶变换后取幅值并进行特征级融合,从而得到旋转不变性纹理特征。实验结果表明所提出的方法与两种已有的方法相比能够取得更好的分类效果。
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    基于八叉树编码的点云数据精简方法
    邵正伟, 席 平
    2010, 31(4): 73-76. 
    摘要 ( 154 )   PDF(568KB) ( 498 )  
    针对逆向工程中的点云数据预处理,分析了现有数据精简方法的不足,提出了基于八叉树编码的均匀精简方法。应用八叉树编码法划分点云邻域空间为多个指定边长的子立方体,保留每个子立方体中距中心点最近的点,实现从空间整体角度对点云的精简。对涡轮叶片测量数据进行了精简测试,证明了该算法的有效性和实用性。
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    计算机辅助几何设计
    三角网格曲面的球面参数化
    姚建强, 何援军
    2010, 31(4): 77-80. 
    摘要 ( 44 )   PDF(494KB) ( 389 )  
    :提出了一种球面参数化三角网格曲面的方法。结合平面凸参数化和球面参数化,计算出封闭网格的切割线边界,网格边界映射到球面的凸区域边界上。然后分别参数化各子网格,最后将三角网格内部点映射到球面上。并用实例验证了此方法的可行性和有效性。
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    图像技术
    基于混沌系统与提升小波的抗剪切攻击的彩色图像盲水印算法
    赵玉霞
    2010, 31(4): 81-86. 
    摘要 ( 67 )   PDF(618KB) ( 198 )  
    研究了混沌序列、提升小波在彩色图像盲水印中的应用,给出一种新的基于混沌序列和提升小波的抗剪切变换攻击的彩色图像盲水印算法。算法同时采用两种不同的混沌序列,提高了算法的安全性;根据HVS特性使中低频使用不同的算法自适应地嵌入水印,使算法有了很好的隐藏效果;使用提升小波变换提高了算法的效率;对受严重攻击后提取出的水印进行优化处理,使算法有了很好的鲁棒性。实验证明该算法具有较高的效率、较好的隐藏效果、很好的安全性和鲁棒性,尤其在抗剪切攻击方面格外显著。
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    改进的灰度级彩色变换法在B超图像中的应用
    李志球, 梁双华
    2010, 31(4): 87-93. 
    摘要 ( 59 )   PDF(788KB) ( 333 )  
    :B超图像的伪彩色增强在医学临床诊断上具有重要意义。该文提出了一种对灰度级-彩色变换法中分段传递函数阈值重新划分的新算法。该算法首先利用改进的K均值聚类算法对图像的灰度值进行聚类,再根据聚类各簇的灰度值阈值重新设置分段传递函数的节点。通过实验对比,该算法处理后的图像轮廓更清晰,层次感更强,能有效地突出病灶区,有利于医学诊断。
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    基于VTK的医学三维图像模型构建与切割
    钟海波, 余伟巍, 席 平, 何 飞
    2010, 31(4): 94-98. 
    摘要 ( 176 )   PDF(439KB) ( 945 )  
    :虚拟外科手术是医学领域的一个重要研究方向。基于面绘制和体绘制两种可视化算法实现医学图像的三维模型重建,针对不同重建模型分别实现虚拟任意切割:面切割和体切割,并讨论了虚拟切割的交互操作实现方法。用VTK(Visualization Toolkit)初步实现了模拟手术系统中的虚拟切割脊柱体功能。
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    仿真技术
    液压万能试验机的虚拟现实仿真系统
    杨 光
    2010, 31(4): 99-103. 
    摘要 ( 44 )   PDF(452KB) ( 189 )  
    采用CAXA、VRML (virtual reality modeling language) 和Javascript技术用于液压万能试验机,创造虚拟的试验场景,实现虚拟试验过程。利用CAXA进行三维建模并转换成wrl格式文件;利用Inline节点,创建系统的虚拟现实模型;通过时间传感器、插补器以及路由语句实现关键动画;利用Javascript技术,实现试样变形动画和力学性能仿真过程;利用触发传感器实现试验实时交互控制;利用Anchor节点,实现试样零件信息提取。给出了具体的实现方法和途径。
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    三维环境下高阶椭圆齿轮副的运动仿真
    高雪强, 石建玲, 崔振勇
    2010, 31(4): 104-108. 
    摘要 ( 36 )   PDF(654KB) ( 255 )  
    依据非圆齿轮传动特性,确定啮合齿轮在非圆节曲线上的位置及传动关系式,给出了非圆齿轮三维建模设计方法。利用Visual Basic语言对三维软件Solid Edge进行二次开发,实现了三维环境下椭圆齿轮参数化设计及运动仿真,能直观的观察到齿轮副的啮合状况。系统运行效果良好,为非圆齿轮传动三维设计提供了一种方法.
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    几何与应用
    三维无旋矢量场的一种新的可视化方法
    宋伟杰, 崔俊芝, 聂玉峰
    2010, 31(4): 109-115. 
    摘要 ( 56 )   PDF(673KB) ( 154 )  
    提出了三维无旋矢量场的一种新的可视化方法,即构造空间曲面,使得矢量场在曲面上任意一点处垂直于该曲面。首先找到曲面所满足的偏微分方程组,通过采用类似于经典四阶龙格―库塔方法的数值解法对其求解,得到曲面上的离散点,然后进行三角剖分,从而得到逼近于曲面的空间三角网格。论文的偏微分方程组的求解借鉴了常微分方程求解算法的设计思想,构造出的曲面与传统的点图标和线图标相比,在更大程度上揭示了矢量场本身的连续性。
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    一种新的二元有理插值及其性质
    方 逵, 邓四清, 谢 进, 陈福来
    2010, 31(4): 116-122. 
    摘要 ( 38 )   PDF(527KB) ( 236 )  
    构造了一种带参数的仅基于函数值的分子为双四次、分母为双二次的二元有理插值样条函数,插值函数具有简洁的显式表示。插值函数中含有4个参数,当这些参数满足一定条件时,插值曲面在插值区域上C1光滑。由于插值函数中含有参数,这样可以在插值数据不变的情况下通过对参数的选择进行插值曲面的局部修改。最后讨论了插值函数的一些性质。
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    薄板样条法和泛克里金法在理论和
    牛文杰
    2010, 31(4): 123-129. 
    摘要 ( 48 )   PDF(608KB) ( 199 )  
    :研究插值方法以建立变量的数据场模型是科学计算可视化的重要内容。文中首先给出了薄板样条法和泛克里金法的插值原理,推导得出了泛克里金法的对偶形式,并论证了薄板样条法是泛克里金法的特例;然后对这两种方法在理论形式和实际应用方面进行了比较,得出的结论为泛克里金法的插值效果要优于薄板样条法的效果。
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    工业设计
    基于iNPD的工业设计方法研究与应用
    徐 岚, 宗光华, 张 融
    2010, 31(4): 130-136. 
    摘要 ( 76 )   PDF(528KB) ( 175 )  
    通过比较国内外工业设计的发展现状,指出国内工业设计在落实阶段存在的几点误区,引出我国合理并大力发展工业设计的必要性与紧迫性;通过利用iNPD(integrated New Product Development)技术的工业设计方法对SET系列因素(社会趋势、经济动力和先进技术3个主要方面的因素)的影响进行综合分析研究,以及通过分析产品价值机会属性的工业设计方法,对高价值产品进行有效的预测和评估;并结合两个实际项目阐述合理运用工业设计方法将高新科技产品化、市场化的优势。
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    人性化可折叠助行车设计
    姜 楠, 李文飞
    2010, 31(4): 137-141. 
    摘要 ( 108 )   PDF(454KB) ( 218 )  
    :助行车是帮助行走不便的老年人与腿部有残疾的人群辅助行走与实现腿部功能恢复训练的设备。讨论了人性化设计理念,研究与分析了行走不便的老年人与腿部残疾人群的生理与心理需求,进行了助行车人性化设计的人机关系分析,给出了助行车关键部位设计尺寸,在考虑了稳定性与舒适性要求的基础上完成了可折叠助行车的总体设计与细节设计。所设计的助行车除了具备助行功能,还具备一定娱乐功能与报警等功能。助行车可在不需行走状态变换成座椅休息,助行车可折叠存放与搬运。给出了助行车的助行状态设计方案、座椅休息状态设计方案、折叠存放状态设计方案以及细节设计方案。
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    以创新设计为核心的“计算机辅助工业设计”课程体系建设
    闫成新, 刘衍聪
    2010, 31(4): 142-145. 
    摘要 ( 64 )   PDF(408KB) ( 192 )  
    :“计算机辅助工业设计”是工业设计专业的核心基础课程之一,以往的课程体系过于注重软件的操作,忽视了学生创新能力的培养。该文提出以创新设计为核心的思路,在长期的教学中构建了新的课程体系。新体系理论与实践并重,以创新能力培养为核心,以案例教学法及设计大赛为手段。良好的专业人才培养效果表明了新课程体系的合理性。
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    画法几何
    圆柱与圆锥轴线相交时左侧相贯线上最右点的解析证明与图解
    谷艳华, 侯洪生, 张秀芝
    2010, 31(4): 146-150. 
    摘要 ( 38 )   PDF(453KB) ( 252 )  
    轴线相交的圆柱、圆锥两曲面立体相贯时,产生左右两条空间相贯线曲线。该文以左侧相贯线为研究对象,用数学方法证明圆柱立体的半径在一定范围内变化时,左侧相贯线上最右点的变化规律,由此提出了准确绘制左侧相贯线上最右点的图解方法。左侧相贯线上的最右点在两条特殊相贯线上,分别在锥和与锥相切的球的相贯线上及在柱和与锥相切的球的相贯线上。
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    图学教育
    基于学科融合与模块细分的设计类图学课程改革实践
    梁圣复, 李慧莉
    2010, 31(4): 151-155. 
    摘要 ( 57 )   PDF(570KB) ( 167 )  
    介绍了设计类图学课程的现状与面临的挑战,论述了课程改革的必要性,并从课程内容、教学方法及手段、考核方式等方面论述了本课程的教学改革方案。通过分析图学课程与设计类学科间的异同,提出了通过基础部分和提高部分的划分来实现学科融合与模块细分的授课方式,并通过进一步的教学研究与实践,总结了融合的方式与不同的教学模块。
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    机械制图研究型小课题的探索与实践
    付成龙, 杨小庆, 田 凌
    2010, 31(4): 156-160. 
    摘要 ( 48 )   PDF(530KB) ( 278 )  
    为了弥补制图课教学缺少面向学生创新能力培养的实践环节,在教学中引入了研究型小课题。在“截切”和“相贯”的教学环节中设计了4个具有一定开放性的研究型小课题,要求学生自主提出研究思路,完成理论分析、模型制作和答辩交流等环节。讨论了小课题的设计原则、实施过程和评价机制。研究型小课题的实施既培养了学生的动手能力,又增强了学生的创新能力。
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    紧密结合模具专业的“机械制图”课程改革
    吴迎春, 梁德平, 唐卫东, 李 兵
    2010, 31(4): 161-165. 
    摘要 ( 27 )   PDF(430KB) ( 208 )  
    通过对模具专业“机械制图”课程教学改革探索,结合一年来的改革实践,重点针对零件图、装配图的教学内容、教学方案及教学方法与手段几方面进行了详细分析,并提出了行之有效的改革思路和方法。实践证明,针对模具专业“机械制图”课程中零件图、装配图的教学改革, 改变了传统教学模式下教师讲授枯燥、学生感觉学习空洞的局面。对提高学生的学习兴趣,提高教学质量,培养学生分析问题和解决问题的能力,具有良好的推动作用
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    中日机械制图教材的比较及对教学改革的启示
    舒 宏, 胡清泥, 高 菲
    2010, 31(4): 166-171. 
    摘要 ( 78 )   PDF(479KB) ( 431 )  
    :通过对中日两国机械制图教材的结构、内容的对比,以及对两国机械制图教学中的教师特点、课程设置的比较分析,论述了中日两国制图教材及教学的异同点。阐述了对我国机械制图课程的教材建设、教学改革和双语教学的启示。提出了应从机械类人才培养总体最优的角度考虑, 包括机械制图教材在内的机械制图课程建设问题。
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    现代教学技术
    面向网络实验教学的虚拟协同装配技术研究
    吴志军, 张建富, 冯平法, 郁鼎文
    2010, 31(4): 172-178. 
    摘要 ( 43 )   PDF(516KB) ( 221 )  
    基于网络实验教学环境下对虚拟协同装配提出的不同需求,分析了其与面向设计的协同装配实现技术之间在定义、目的等方面存在的差异,提出了面向网络教学下虚拟协同装配的概念,并界定了其内涵及实现时需要考虑的因素。研究了支持协同装配的虚拟模型实验室的搭建、虚拟协同装配的语义信息表达模型和装配过程中干涉检测的方法,提出了网络协同虚拟装配实验平台体系的架构方法,并就系统的功能实现、虚拟协同装配执行过程进行了阐述,最后以柱塞泵示例了解系统的初步实现情况。
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    基于反应器的制图作业批改CAI系统研究
    沈培玉, 周洪军
    2010, 31(4): 179-182. 
    摘要 ( 41 )   PDF(365KB) ( 215 )  
    针对工程制图课程与计算机绘图的有机结合,以AutoCAD软件为平台,运用ObjectARX的反应器机制,研究开发了CAD制图作业批改CAI系统。该系统包括选题、初始化、监视和作业批改四大模块。学生在AutoCAD环境中练习时,系统对其解题作图过程进行实时监视,并在自动批改后给予反馈信息与相应提示。由于整合了作业练习中做作业、改作业、订正错误的三个过程,提高了学生自主学习与练习的效果和效率。
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    应用与交流
    基于动态规划的城市道路提取改进算法
    刘晓平, 朱晓强, 余 烨, 李 琳
    2010, 31(4): 183-188. 
    摘要 ( 37 )   PDF(918KB) ( 472 )  
    :从航空或卫星影像中提取道路一直是研究的热点,基于动态规划的道路提取算法是最有效的算法之一。该文基于LiDAR点云数据特征改进了该算法的代价函数,进而提高了基于动态规划的道路提取算法的鲁棒性。为正确地融合航拍图像和LiDAR点云数据,研究了航拍图像和LiDAR点云数据的匹配算法。最后,通过试验验证了算法的正确性。
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    OpenGL显示3DS模型若干问题的研究
    胡平平, 刘建明, 王晶杰
    2010, 31(4): 189-193. 
    摘要 ( 58 )   PDF(385KB) ( 314 )  
    根据OpenGL进行三维显示的处理过程和3DS文件中三维模型的数据组织结构,说明了如何从3DS文件得到OpenGL显示所需的数据。讨论了OpenGL显示三维物体时法线向量的作用,给出了一种高效的法线向量求解方法,该方法比现有方法的速度快一至两个数量级。最后讨论了如何利用3DS文件中的关键帧数据正确地显示带动画信息的模型。
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    Cult3D在机电产品交互设计中的研究
    牛 敏, 陈锦昌
    2010, 31(4): 194-199. 
    摘要 ( 38 )   PDF(685KB) ( 154 )  
    说明了交互设计是一种在产品设计中易用,有效而让人愉悦的技术,在机电产品设计中引入交互设计,可更好地突出设计的作用,达到产品可用性的目的。分析了交互设计的含义、交互设计与虚拟现实技术间的关系,引出Cult3D在交互设计中的作用。通过对项目实例瓷砖生产线中高亮洁打蜡机的交互设计,说明了Cult3D在机电产品设计中的实用价值。
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    一种支持纸的折叠、剪切与展开的计算模型
    刘金义, 张笑伶
    2010, 31(4): 200-205. 
    摘要 ( 60 )   PDF(398KB) ( 168 )  
    为了满足儿童剪纸方案的交互设计以及向儿童展示典型的儿童剪纸过程的需要,设计了一个支持纸的折叠、剪切与展开的计算模型,它包括当前纸态的几何与拓扑数据结构、操作过程的记录方法以及各相关功能的实现算法。以此计算模型为核心所开发的原型软件(命名为Virtual Paper)验证了该模型的可行性。
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