图学学报

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2015年第4期目录

2015, 36(4): 0-0.

摘要 ( 46 )

PDF(134KB) ( 195 )

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基于逆3 细分的渐进网格生成算法研究

张卫华，王玉慧

2015, 36(4): 495-502.

摘要 ( 108 )

PDF(846KB) ( 215 )

提出一种基于逆3 细分的渐进网格生成算法，用于解决图形的快速传输和显示问
题。算法的基本思路是：将细密网格通过边折叠操作得到简化网格，以细分极限点逼近原始网
格为准则进行网格调整，采用3 细分得到高密度网格，调整后进行逆3 细分，即逐层次删除
部分顶点，生成用于重构渐进网格模型的基网格，并记录每层删除顶点在采用本层表示时相对
于细分计算位置的几何调整量。3 细分过程中三角片数量增长速度较慢，采用逆3 细分利于
生成多层次的渐进网格，经实例验证，逆3 细分生成渐进网格的效果能满足快速、多分辨率显
示要求。

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基于深度扫描仪的高辨识度三维人体模型重建方法

韩凯，庞宗强，王龙，岳东

2015, 36(4): 503-510.

摘要 ( 99 )

PDF(4075KB) ( 459 )

3D 照相打印馆人像的打印质量取决于3D 扫描获得的三维人体模型的辨识度。然
而，由于现有3D 人体扫描仪价格昂贵、操作复杂等原因，使得3D 人像打印成本高、耗时长和
打印精度较低。针对这些缺点提出一种基于深度扫描仪重建高辨识度三维人体模型方法。利用
多组深度扫描仪分工协作、优势互补，分别获取高辨识度的人体面部五官点云数据，上半身与
全身表面轮廓点云数据。然后，通过引入特征点和改进的最近点迭代法将采集到的三组点云数
据进行对齐、替换、拼接，将拼接后的无拓扑关系的点云数据进行曲面重构即可获得高辨识度
的三维人体模型。该方法的扫描时间较短，以较低的成本构建了具有高辨识度的三维人像模型。

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平面简单闭合曲线离散采样与重建算法

范丽鹏，王丽英，庞明勇

2015, 36(4): 511-515.

摘要 ( 82 )

PDF(1562KB) ( 315 )

提出一种鲁棒的平面简单闭合曲线离散采样与重建算法。算法分为采样过程和重
建过程两部分。采样部分首先对平面闭合曲线均匀取点，然后计算各点到曲线所围平面区域中
轴的最近距离，最后根据所求距离确定采样间隔，获取采样点集；重建部分首先构建采样点集
的Delaunay 三角剖分，然后从得到的三角形中选择边构建初始化图形，最后通过修改该图形获
得重建图形。实验表明算法得到的采样点较少且能反映曲线的局部几何特性，重建图形能够较
好地表示原闭合曲线的形状及走向。

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一种利用Delaunay 三角剖分的碰撞检测算法

朱二喜，徐敏，何援军

2015, 36(4): 516-520.

摘要 ( 79 )

PDF(875KB) ( 309 )

虚拟现实中物体对象分布及运动情况呈现复杂多样，碰撞检测算法很难达到实时
性和准确性的要求。提出了一种基于Delaunay 三角剖分的多物体碰撞检测实时算法。该算法运
用包围体紧密拟合物体对象，以包围体的中心构建离散数据点集，生成Delaunay 三角网格，实
施碰撞检测，避免层次包围盒和空间划分的不利因素，物体的更新等操作限定在局部的三角形
内。实验表明在多物体的碰撞检测中，即使存在若干移动物体，算法能够满足实时性和准确性
的要求。

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基于五块模式的单一矩形件排样算法

易向阳，潘卫平，张俊晖

2015, 36(4): 521-525.

摘要 ( 92 )

PDF(427KB) ( 235 )

如何在一个大矩形里排入尽可能多的单一规格小矩形件是广泛出现在制造业领域
的板材分割、物流业领域的集装箱装载中的问题。采用五块模式将大矩形划分为五个块，求解
每个块里面矩形件的排样方式。首先，采用动态规划算法一次性生成所有块中矩形件排样方式，
然后，采用隐式枚举法考虑所有可能的五块组合，选择包含矩形件个数最多的五块组合作为最
终的排样方案。使用算例对算法进行了测试，并与另外4 种单一排样算法进行了比较。实验结
果表明，该算法在排样利用率和切割工艺两方面都有效，而且计算时间合理。

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基于改进最低水平线方法与遗传算法的矩形件排样优化算法

刘海明，周炯，吴忻生，罗家祥

2015, 36(4): 526-531.

摘要 ( 161 )

PDF(349KB) ( 390 )

传统的最低水平线方法用于矩形件排样时可能产生较多未被利用的空白区域，造
成不必要的材料浪费。针对此缺陷，在搜索过程中引入启发式判断，实现空白区域的填充处理，
提高板材利用率。在应用遗传算法优化矩形件排样顺序时，在进化过程中采用分阶段设置遗传
算子的方法，改善算法的搜索性能与效果。通过改进最低水平线方法与基于分阶段遗传算子的
遗传算法相结合，共同求解矩形件排样问题。排样测试数据表明，所提出的矩形件排样优化算
法能够有效改善排样效果，提高材料利用率。

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带形状参数曲线的最优参数取值问题研究

刘成志，李军成，杨炼

2015, 36(4): 532-536.

摘要 ( 76 )

PDF(370KB) ( 202 )

带形状参数的曲线中所带形状参数的取值通常是一个区间，但在实际问题中往往
需要确定形状参数的最优取值，以使得曲线具有良好的光顺性。针对这一问题，首先基于曲线
的光顺准则建立了一个求解带形状参数曲线最优参数取值的通用数学模型，然后给出了利用遗传
算法求解该模型的具体步骤，最后以两类带形状参数的曲线为例验证了所提出方法的有效性。

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抛光过程游离单颗磨粒与光学元件间滚动摩擦接触分析

陈为平，高诚辉，任志英，林春生

2015, 36(4): 537-545.

摘要 ( 55 )

PDF(14367KB) ( 74 )

针对游离单颗磨粒与光学元件滚动接触过程中摩擦、磨损机理分析的不足及如何
有效控制滚动单颗磨粒对光学元件亚表面损伤的影响等问题，基于滚动接触理论，提出了一种
具有分形特征表面的单颗磨粒与光学元件双粗糙面间的摩擦、磨损接触模型，并运用有限元仿
真分析微观动态滚动的接触过程。通过对不同剪切强度下接触力、接触应力、磨粒角度及其对
亚表面损伤的影响等分析，发现随着剪切强度的增强，磨粒与光学元件表面接触界面间的摩擦
系数将减小，最佳的磨粒角度为105°~120°，并且分形特征的单颗磨粒对亚表面损伤的影响要
大于球形特征单颗磨粒，这说明了研究分形特征游离单颗磨粒滚动接触的必要性和重要性，为
更加深刻了解滚动接触过程的摩擦机理提供了借鉴意义。

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高速轴承动力学有限元分析方法

张利，祁华铭，徐娟，吉智军

2015, 36(4): 546-550.

摘要 ( 90 )

PDF(968KB) ( 429 )

高速轴承是高速列车安全运行的重要部件，轴承运转过程中的动态特性直接影响
轴承的使用寿命，采用最小部件之间创建面面接触的方式，建立高速轨道客车用双列圆锥滚子
轴承的三维虚拟样机模型，利用ANSYS/LS-DYNA 分别研究客车直线匀速行驶和额定速度下以
最小转弯半径行驶两种工况下轴承运转过程的动态接触特性，得到轴承的速度特性、加速特性
以及滚子承载分布状况、接触单元法向作用力时间历程变化曲线以及保持架的振动曲线，研究
结论可以为高速轴承设计过程中模型构建方案的合理确定提供参考。

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基于显著几何特征的文物碎片分类

康馨月，周明全，耿国华

2015, 36(4): 551-556.

摘要 ( 110 )

PDF(2364KB) ( 256 )

：采用传统的基于文物碎片形状特征的分类方法对外形受损的文物碎片准确率低下。
有浮雕或者印记的文物表面存在一些规律性的显著几何特征，提取此类特征结构可更好地描述
受损文物形状特征。提出一种基于显著几何特征的文物碎片分类方法。首先给出显著几何特征
的定义并计算代表模型表面局部区域的局部表面描述符，然后通过对局部表面描述符聚类来提
取兵马俑碎片表面的显著几何特征，最后运用EMD 方法对显著几何特征进行匹配并确定分类。
实验结果表明该方法对兵马俑碎片的分类具有较高的准确率。

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一种基于正则化和Watson 视觉模型的图像指纹算法

郑淑丽，张云玲，胡东辉，李丹丹

2015, 36(4): 557-562.

摘要 ( 62 )

PDF(828KB) ( 272 )

大量多媒体应用的发展使得数字图像很容易地被非法操作和篡改，提出一种基于
图像正则化和视觉特性的图像指纹算法，可以有效地实现图像的认证和识别。首先对图像进行
正则化预处理，消除几何形变对图像的影响，然后对图像进行分块DCT 变换，利用Watson 视
觉模型对DCT 系数进行处理，增大人眼敏感的频域系数在计算图像特征时的权重，经过量化形
成最终的指纹序列。在图像指纹序列生成过程中，加入密钥控制，提高了指纹的安全性。实验
结果表明，该方法的冲突概率在10–7 数量级，对JPEG 压缩、旋转、缩放等操作具有较好的稳
健性。

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模糊C 均值聚类与多相水平集图割优化相结合的图像分割

宋琳，高满屯，王三民，王淑侠

2015, 36(4): 563-569.

摘要 ( 105 )

PDF(2333KB) ( 231 )

针对在分割多个目标时多相水平集模型对初始轮廓曲线敏感且计算量大的问题，
提出采用模糊C 均值聚类算法将图像进行粗分割，初始化多相水平集函数，使用图割算法分割
出多相结果的方法。该方法能有效减小多相水平集算法对初始轮廓曲线的敏感性，使图割算法
在分割图像时更容易分割出理想的目标轮廓；同时，采用图割算法可使水平集函数很快收敛到
能量最小值，有效减少计算量，提高计算效率。实验表明该方法具有较好地分割效果和较高地
分割效率。

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二维直方图重建和降维的Otsu 阈值分割算法

陈金位，吴冰

2015, 36(4): 570-575.

摘要 ( 105 )

PDF(464KB) ( 257 )

指出二维直方图直分法中存在区域划分不合理和抗噪性差问题，提出一种新的阈
值分割方法，导出有关计算公式。首先分析噪声点在二维直方图中分布情况，通过重建二维直
方图减弱了噪声对阈值分割的干扰；然后将二维直方图区域划分由四分法改为二分法，使得阈
值搜索的空间维度从二维降到一维；最后分别给出现有二维直方图分割算法和本文方法的仿真
结果。理论分析和实验结果表明，该方法可以运用于几乎所有基于二维直方图的阈值分割，特
别是对受噪声污染的图片进行阈值分割时，能使分割后的图片内部均匀、边界准确、抗噪性更
稳健，所需运行时间大幅减少。

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引入搜索预测与阈值决策的改进菱形运动估计算法

刘艳

2015, 36(4): 576-580.

摘要 ( 75 )

PDF(479KB) ( 207 )

为了提高视频的压缩效率，在传统菱形搜索算法基础上提出一种改进菱形搜索算
法。该算法通过引入动态阈值，在起始搜索点预测、菱形搜索模式和搜索中止算法方面进行了
优化，减少了SAD 计算的内部冗余和搜索区域中不相关的块匹配计算，同时采用自适应搜索模
式选择技术减少运输复杂度。实验结果表明：提出的改进菱形搜索算法适合各种运动类型的视
频序列，特别适用于运动变化剧烈的序列，相比于FS 算法，能够在PSNR 值和码率值极其接
近于FS 算法的情况下对所有序列的MET 减少约95%，大大减少运动估计时间。

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基于形态学和Otsu 的固体火箭发动机CT 缺陷三维分割

陈培兴，王明泉，李世虎，侯慧玲，王玉

2015, 36(4): 581-586.

摘要 ( 81 )

PDF(1313KB) ( 366 )

为了能够准确判别固体火箭发动机内部缺陷的性质和可能对发动机造成的危害，
需要从三维空间的角度来观察分析。在传统的缺陷分析中，主要是通过观察CT 的二维切片序
列图像以及对二维图像的主观分析去发现缺陷体。为了对缺陷体进行更为准确、立体地分析，
提出对固体火箭发动机工业CT 三维体数据进行处理。首先，通过结合形态学和Otsu 阈值分割
方法对缺陷进行分割和提取；然后，重构出缺陷体三维体数据；最后，对体数据进行三维可视
化显示。实验结果表明，该方法能有效、准确地分割和提取固体火箭发动机三维CT 图像缺陷，
具有较强的鲁棒性。

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基于多特征融合的烟雾检测

吴冬梅，李白萍，沈燕，王静，何蓉

2015, 36(4): 587-592.

摘要 ( 102 )

PDF(1325KB) ( 447 )

针对传统火灾探测技术的应用弱点，研究基于视频的火灾烟雾探测方法。首先，
根据烟雾的颜色特征，提取视频序列中的疑烟区域。然后，在疑烟区域中提取烟雾的3 个动态
特征——扩散特征、轮廓不规则特征和使背景模糊特征。最后，利用BP 神经网络对这些动态特
征进行融合判定。实验结果表明，基于多特征融合的烟雾检测方法能够准确、实时、有效地识
别视频中的烟雾。

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自适应收缩函数的Contourlet 变换图像去噪方法

牛为华，孟建良，王泽，崔克彬

2015, 36(4): 593-602.

摘要 ( 84 )

PDF(968KB) ( 202 )

针对传统图像在去噪过程中存在丢失细节且去噪效果不理想的情况，提出一种自
适应收缩函数的Contourlet 变换图像去噪方法。该方法利用Contourlet 变换的基本形式，结合
软阈值和硬阈值收缩函数的优点定义自适应收缩函数，并将其应用于图像去噪。实验结果表明，
所提出的方法能有效消除噪点，图像的峰值信噪比及增强因子等图像质量指标有明显地提高，
去噪后图像的视觉效果良好。

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插电式混合动力汽车车载复合电源功率分配策略研究

高建平，赵金宝，葛坚，郗建国

2015, 36(4): 603-608.

摘要 ( 50 )

PDF(809KB) ( 235 )

将原有插电式混合动力汽车单一电源系统改造成复合电源系统，根据整车性能要
求及所用循环工况对车载电源的能量和功率需求解耦，完成动力电池和超级电容的参数匹配；
在Matlab/simulink 中建立复合电源功率分配策略，仿真结果表明，采用复合电源能减少动力电
池循环充电次数，有效避免大电流对动力电池的冲击，充分发挥超级电容的高比功率特性，与
改造前相比，燃油经济性提高3.4%，纯电动行驶里程增加1.3%。

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混合齿轮行星系分插机构的设计与仿真

张凯，陶冶，高宽，林惠洲

2015, 36(4): 609-614.

摘要 ( 197 )

PDF(1043KB) ( 296 )

将偏心齿轮-非圆齿轮行星系应用于插秧机分插机构中，研制出混合齿轮行星系分
插机构。建立偏心齿轮与非圆齿轮的节曲线数学模型，获取齿轮节曲线方程，并结合KISSSOFT
和MATLAB 软件对非圆齿轮进行设计。建立分插机构运动数学模型，利用MATLAB 开发优化
辅助软件，对分插机构的参数进行优化。完成了分插机构的三维CAD 设计，并在ADAMS 中
对分插机构进行了运动学虚拟仿真，获取了秧针尖点的静态轨迹和动态轨迹，将其与理论分析
得到的轨迹曲线进行对比，验证了混合齿轮行星系应用于插秧机分插机构上的可行性。

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以建筑平面图为例谈图学教学中的逻辑框架及其应用

姚纪

2015, 36(4): 615-621.

摘要 ( 82 )

PDF(507KB) ( 350 )

：针对建筑类工程图学教学，倡导一种教学方法及思维方法，即建立教学逻辑框架，
该框架由知识逻辑、图形逻辑、教学逻辑三部分组成，并对此三部分内容进行论述。工程图学
的课程内容有其内在严谨的知识逻辑，教师可以运用逻辑框架来提高学生对工程图学更快地理
解与掌握。找准各知识点之间的联系，将点串成“线”，引导学生分阶段地阅读和认知工程图样，
化繁为简、一气呵成完成课堂教学。论文所倡导的方法对于启发学习思路、巩固旧知识和接受
新知识都有重要的意义.

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美国教授图学课程短期授课的实践及启示

朱科钤，刘善淑，丁建宁，张琳，袁惠新，卢章平，袁宁一，蔡永茂

2015, 36(4): 622-625.

摘要 ( 86 )

PDF(935KB) ( 243 )

常州大学过程装备与控制工程专业的工程制图与CAD 课程聘请美国教授短期授
课。详细分析外教的教学内容、教学组织、教材及授课特点等实践情况，提出此次尝试对我国
工程图学教育的借鉴和思考。

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“一体两翼”制图课程体系的研究与实践

骆华锋

2015, 36(4): 626-630.

摘要 ( 63 )

PDF(340KB) ( 208 )

基于实践能力培养的现代制图课程体系是以理论指导实践，在实践中深化理论为
指导思想而提出的。在借鉴国内外制图课程改革基础上，提出制图教学“一体两翼”的构思。
即以理论学习为“体”，计算机虚拟模拟实践和实地实践为“两翼”。以制图课程“培养学生实
践能力”为教学改革目标，提出新的教学体系。实践证明，基于实践能力培养的现代制图课程
体系既有效地锻炼学生的实践能力和科研能力，又能提高学生自主学习能力和创新能力。

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依托“技能竞赛和考试”提升机械制图创新教育

许国玉，张梦，兰朝凤

2015, 36(4): 631-637.

摘要 ( 64 )

PDF(319KB) ( 222 )

针对机械制图创新教育的改革需求，提出依托“技能竞赛和考试”促学、促教，一
是促进学生主动“混合式学习”机械制图和参加科技创新活动；二是引导教师改革课程体系、课
程内容、教材、教学模式和助学模式。结果表明，依托“技能竞赛和考试”促学、促教有利于提
高学生学习效果、创新能力和实践技能，有利于培养高技能创新人才。

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基于认知过程的机类基础课组合式学习

管巧娟

2015, 36(4): 638-643.

摘要 ( 60 )

PDF(243KB) ( 215 )

高职院校机类技术基础课担负着从基础课过渡到专业课的承上启下重任。高职教
育必须为学生可持续发展打好基础。应用建构主义理论，分析此类课程特性、课程知识建构特
征，指出“技能”的含义不是“动作”，尽管技术基础课不主授专业技能，但课程知识都支撑专
业技能的底座。阐述了推进组合式学习的理念、特征和策略。

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受振动影响的手部操作仿真与操作精度研究

王冬阳，杨光

2015, 36(4): 644-649.

摘要 ( 71 )

PDF(1111KB) ( 342 )

在手及手臂参与控制的操作中，由操作端传递给手及手臂的振动会对操作精度产
生影响。利用计算机程序仿真了一种在虚拟空间中的直线路径追踪操作，以可编程的力觉交互
设备Phantom 作为操作端，研究低频率段不同参数的振动对用户操作精度的影响。振动频率对
操作误差的影响呈非线性，显著的影响出现在2 Hz 附近。振动幅值对操作误差的影响近似线性，
振动方向对操作误差也有一定影响。

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基于SURF 特征提取和FLANN 搜索的图像匹配算法

冯亦东，孙跃

2015, 36(4): 650-654.

摘要 ( 105 )

PDF(1164KB) ( 1070 )

针对传统图像匹配算法存在特征信息少和误匹配率高的问题，提出基于SURF 特
征提取和FLANN 搜索的图像匹配算法。通过Hessian 矩阵获取图像局部最值，并使用不同尺寸
特征描述器，同时处理尺度空间多层图像的向量特征，最后采用FLANN 搜索算法进行特征匹
配。试验表明，该算法比传统的图像匹配算法在效果和效率方面都表现得更好。

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