图学学报

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2015年第5期目录

2015, 36(5): 0-0.

摘要 ( 46 )

PDF(299KB) ( 187 )

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虚拟角色头佩附件自动组合算法

郑利平，周乘龙，程亚军，陈星

2015, 36(5): 655-661. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050655

摘要 ( 60 )

PDF(929KB) ( 362 )

在虚拟角色仿真过程中，虚拟人物外观多样性很大程度上取决于角色模型本身的差
异性。而角色模型的差异性主要体现在两方面：模型的高矮胖瘦以及模型穿戴的头佩附件。为体
型各异的角色模型自动穿戴合适的附件可大大增强仿真的真实感。基于此问题，提出一种头佩附
件自动组合算法，首先为角色模型自动嵌入骨骼，其次为附件模型添加简单骨骼并选取骨骼的锚
点，再通过附件自动组合算法快速生成组合角色模型，最后通过嵌入的骨骼驱动该组合模型运动。
实验证明该方法简单快捷，能够为多样化的角色模型自动穿戴头佩附件，提高角色模型的多样化
程度。

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基于Snake 的点模型谷脊线提取与优化

张若男，王仁芳

2015, 36(5): 662-670. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050662

摘要 ( 109 )

PDF(4763KB) ( 405 )

基于主动轮廓模型（Snake 模型），提出一种点模型的谷脊线提取与优化方法。首先
构建点模型的局部隐式曲面，并求出采样点的曲率值；然后通过求解主曲率极值点得到潜在谷脊
点，依据特征点的主方向连接谷脊点生成谷脊折线段；最后利用主动轮廓模型对谷脊折线段进行
优化。实验结果表明，算法是鲁棒的且能够生成光滑的谷脊线。

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柱锥面交线研究

胡志刚，郑秋白

2015, 36(5): 671-677. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050671

摘要 ( 61 )

PDF(812KB) ( 223 )

论文就相交切面型回转面中的圆柱、圆锥面交线的计算进行详细探讨，对不同输入
参数下交线产生的结果进行分析，为CAD 中锥柱求交的部分提供一种有效的算法基础。给出了
圆柱、圆锥表面交线存在的判别式，对交线在特殊位置下存在的参数条件、不同交线数量及形态
特点进行了解析和几何分析，对一般位置下圆柱、圆锥面存在交线的特殊情况，即表面切点的计
算进行了方法讨论；提供了相交圆柱、圆锥表面及其交线参数化绘图的程序设计思路和所涉及到
的一些关键问题的处理方法，应用程序以对话框输入初始参数，能实现自动绘制圆柱、圆锥面及
其交线多面投影视图、尺寸标注及将主要尺寸、参数及交线的坐标数据写入数据文件。

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基于形式语法的建筑设计细胞衍生法研究

张斯琪，尚涛

2015, 36(5): 678-684. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050678

摘要 ( 52 )

PDF(1197KB) ( 182 )

目前可用的计算机辅助设计工具，为设计开发过程后期阶段提供了相当有效地支
持，但对于设计初始阶段，即设计思路成熟、但设计的结构和形状还未确定之时，需要一种新
的CAD 解决方案来支持设计者思维方式并激发创作灵感。因此，提出一种基于空间形式语法的
建筑设计生成方法，描述复杂空间形体如何自动派生——通过限定的规则产生初始体块，在规
则内生成与初始体块相似体块，再而改变局部可变规则生成多样复杂的系统，同时允许设计者
积极参与整个生成过程。以CFS 墙体原型建模为例，验证该参数化建模方法的有效性和可行性。

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隐形牙齿矫治器的有限元分析及优化设计

岳彦芳，王扬，张永弟，杨光，王巧玲

2015, 36(5): 686-690. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050686

摘要 ( 82 )

PDF(968KB) ( 283 )

为了能够更加合理有效地应用隐形牙齿矫治器，控制其产生矫治力的大小和作用
区域，防止因其变形导致矫治力作用在不需要移动的牙齿上，采用有限元法对其进行变形分析
和优化设计：提出了一种建立不等厚覆盖全牙列隐形矫治器三维有限元模型的新方法，完成边
界条件的确定，并制定了隐形矫治器优化设计的流程。以中切牙倾斜移动为例，对相应的矫治
器进行了具体分析和优化，使其达到更好的矫治效果。

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共面多边形不变量计算方法研究

张政武

2015, 36(5): 691-696. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050691

摘要 ( 67 )

PDF(725KB) ( 192 )

不变量的场景理解和目标识别是计算机视觉研究的一个重要领域，以往有关不
变量研究主要集中在点、直线、二次曲线等几何元素之间。在二维平面点的射影变换的基础
上，利用平面三角形面积不变量构造了三角形、四边形、五边形、六边形等共面多边形的不
变量，并提出了具体的计算方法。在此基础上通过举例分析和实验验证，证明文中所给公式
的正确性。

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一种水火弯板外板曲面表面火路定位算法

潘伟杰，程良伦，王涛，刘力

2015, 36(5): 697-702. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050697

摘要 ( 71 )

PDF(644KB) ( 175 )

船体外板水火弯板加工工艺自动化过程中需要解决火路规划布置的问题，其中火
路规划时需要定位加工火路的位置。因此提出一种适合于船体外板曲面定位的算法，使得给定
火路顶点定位信息，能够在外板曲面上定位与布置所规划火路；相应地，对于既有火路布置，
能够获取火路的定位信息。

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基于图解特征语义认知的产品设计过程知识模型

吕健，谢庆生，黄海松，潘伟杰

2015, 36(5): 703-711. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050703

摘要 ( 79 )

PDF(1357KB) ( 347 )

针对产品造型设计过程知识表征，提出基于图解语义认知的产品设计过程知识模
型。分析产品的本体语义及产品设计过程知识，结合可拓学基元理论构建产品设计过程的知识
表征基元模型，提出可拓原点基元及可拓向量概念，实现设计过程——设计生长、设计收敛及
设计优化的知识表征。在产品设计过程知识基元表征模型基础上，提出基于图解语义的实例库
聚类方法模型。以机床装备造型设计为例，验证了该方法的可行性，为产品造型设计提供一种
形式化与量化相结合的设计参考方法。

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面向机械产品概念设计的知识库设计研究

郭乾统，田凌

2015, 36(5): 712-723. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050712

摘要 ( 80 )

PDF(1786KB) ( 239 )

针对机械产品概念设计中设计知识功能语义定义模糊和隐形知识重用率低的问题，
研究了基于领域本体表示的知识库设计方法，支持设计知识的自助发布管理和语义信息检索等
功能。提出设计知识表示的本体模式和建模方法，建立领域本体；从概念设计方案需求粒度、
功能目标及企业知识自管理等方面考虑，建立多维设计知识分类体系；设计JSON 文件到OWL
文件的映射规则，实现设计知识的发布、维护、存储和检索。最终实现面向机械产品概念设计
的知识管理，为企业设计人员提供知识共享和重用，支持产品概念设计的方案创新。

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基于正交试验和SolidWorks Simulation 的大豆种子脱粒过程碰撞模拟分析

顿国强，陈海涛，刘环宇，冯夷宁，查韶辉，侯守印

2015, 36(5): 724-729. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050724

摘要 ( 78 )

PDF(1427KB) ( 223 )

：为了探寻碰撞参数变化对大豆种子应力分布及形变位移的影响规律，利用SolidWorks
Simulation 对大豆种子碰撞过程进行了模拟分析，获得了大豆种子碰撞过程的应力分布与位移形
变及其随时间的变化，并以碰撞速度及接触半径为试验因素，大豆种子碰撞过程的最大应力及最
大位移为试验指标，采用正交试验方法，分析参数变化对指标的影响。试验结果表明：对最大应
力指标，两因素影响极显著；对最大位移，因素接触半径影响极显著，碰撞速度影响显著。且两
指标随着碰撞速度的增大而减小，随着接触半径的增大而先减小而后趋势减缓。研究结果为大豆
种子脱粒机的仿真设计和产品研发提供了参考依据。

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关联设计技术在机翼盒段快速建模中的应用

陈东明，席平，唐家鹏

2015, 36(5): 730-733. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050730

摘要 ( 69 )

PDF(691KB) ( 195 )

飞机等复杂产品设计过程日趋全三维化，三维模型的准确快速创建和维护成为影响
产品设计周期的重要因素。零件快速建模方式只能针对单个零件进行快速建模，无法实现相关联
零件的快速修改及自动更新。关联设计技术的提出使得针对装配体的快速建模和快速修改成为可
能，从而进一步提高机翼设计效率。针对这种现象深入研究关联设计技术及快速建模方法的结合，
给出了结合关联设计技术的机翼盒段快速建模的具体方法，并开发机翼盒段快速建模工具对装配
体快速建模的方法进行验证。

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一种基于三角剖分的产品造型混合方法

沙春发，卢章平，杨华春，郭健宏

2015, 36(5): 734-739. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050734

摘要 ( 79 )

PDF(808KB) ( 191 )

：提出一种为激发产品造型设计创意提供服务的形状混合方法。首先，将初始模型、
目标模型映射到单位球上；其次，提取目标模型的边界特征；然后，根据提出的“三角剖分规则
一”、“三角剖分规则二”求取中间模型的拓扑模型，从而建立中间模型与初始模型、目标模型的
顶点及造型特征间的映射关系；最后，通过线性插值得到一系列造型各异的中间新造型。该方
法无需合并给定模型的全部拓扑结构，计算量少，生成的新模型数据量少；无需人工干涉，适
合不具备形状混合技术相关专业知识的工业设计师操作使用，生成的新模型能有效保留给定模
型的视觉特征，可为产品造型的概念设计提供参考。

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一种改进的变分水平集的图像分割算法

张桂梅，周飞飞，储珺

2015, 36(5): 740-746. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050740

摘要 ( 80 )

PDF(1032KB) ( 238 )

为了解决灰度不均匀现象对医学图像的干扰问题，提出了基于局部极性信息的活
动轮廓模型。通过引入局部图像信息，该模型能有效地分割灰度不均匀图像。在规则化项中增
加的能量惩罚项，使得水平集函数在演化过程中保持为近似的符号距离函数。该算法将图像分
割问题归结为曲线能量泛函的最小化，首先建立包含局部灰度信息（极性信息）和改进的符号
距离函数的曲线演化能量泛函；然后采用变分水平集方法求解能量函数的最小值，得到最终的
分割结果。真实医学图像和人工合成图像的实验结果表明，此方法对灰度不均匀的医学图像有
较高的分割精确度，在图像分割速度上有较大提高。由于利用了局部灰度信息，可以有效地分
割灰度不均匀的医学图像，而改进后的变分水平集可以完全避免重新初始化，使得图像分割效
率大大提高了。

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视频语义上下文标签树及其结构化分析

余春艳，苏晨涵

2015, 36(5): 747-755. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050747

摘要 ( 113 )

PDF(1050KB) ( 398 )

视频内容具有非常强的时间关联和逻辑结构，镜头语义是视频内容理解的基本单元。
从符合人类认识理解视频内容的角度来看，镜头语义之间隐含着时间上、语义上、结构上的多种
上下文关联信息。合理地描述这种上下文信息至关重要。为此，首先采用一棵带有上下文标签的
标签树作为镜头语义上下文层次结构的表征模型，以序列化的镜头语义序列为底层叶节点，以内
节点的上下文标签表征镜头语义间的上下文关联，其树形结构与视频内容层次化表征形式一致，
能为视频内容理解提供显著的信息增益。然后，着眼于解决镜头语义从其序列结构向标签树的层
次结构转化，采用结构化支持向量机的分析方法，根据镜头语义序列和视频语义上下文标签树的
联合特性构造了语义上下文结构化函数和损失函数，实现了镜头语义的结构化分析。实验结果表
明，视频语义上下文标签树在时序性、层次性、领域性、逻辑性等方面具有良好的表征能力，而
基于结构化支持向量机的结构化分析方法在镜头语义上下文分析的准确率、召回率及F1 值表现
良好。

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融合区域和测地线的活动轮廓模型与图割相结合的自然图像分割

宋琳, 高满屯, 王三民, 王淑侠

2015, 36(5): 756-762. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050756

摘要 ( 50 )

PDF(1488KB) ( 263 )

针对活动轮廓模型利用水平集函数演化来分割图像时，只能分割灰度均匀的图像
问题以及容易陷入能量泛函局部极小值的缺点，提出一种新的图像分割模型。模型将区域中的
局部和全局信息融合的活动轮廓模型与边界模型相结合，然后利用图切割进行优化。实验表明，
该方法对初始曲线不敏感，能分割灰度不均的自然图像，避免陷入局部极小，并能有效提高图
像分割的速度和精度。

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分解的二维非对称Tsallis 交叉熵图像阈值选取

吴诗婳，吴一全，周建江

2015, 36(5): 763-770. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050763

摘要 ( 73 )

PDF(883KB) ( 210 )

现有的Tsallis 交叉熵能够度量图像分割前后的差异，但公式复杂，计算效率不高，据此，
提出了基于分解的二维非对称Tsallis 交叉熵图像阈值选取方法。首先给出了非对称Tsallis 交叉熵的定
义，提出了一维非对称Tsallis 交叉熵阈值选取方法；然后，将其拓展到二维，推导出相应的阈值选取
公式；最后，在此基础上提出了二维非对称Tsallis交叉熵阈值选取的分解算法，使求解二维非对称Tsallis
交叉熵阈值法的运算转化到两个一维空间上，将计算复杂度从O(L4)降低为O(L)。大量实验结果表明，
与基于混沌粒子群优化的二维Tsallis 灰度熵法、二维斜分对称交叉熵法，二维斜分对称Tsallis 交叉熵
法等方法相比，该方法分割性能优，运行时间短，可望满足实际应用系统对分割的实时要求。

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基于图像形态学的软组织变形测量方法研究

白辉全，高德东，王珊，李强，郑浩峻

2015, 36(5): 771-775. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050771

摘要 ( 62 )

PDF(847KB) ( 188 )

为了准确测量针穿刺过程中的软组织变形，提出了一种基于图像形态学的软组织形
变测量方法。阐述了边缘检测、图像膨胀和腐蚀等算法，获取组织内标识物增强图像。提取标识
物重心位移，并存入测量矩阵M 中。搭建了包括精密运动装置、工业相机、光源和嵌入标识物的
水凝胶假体等组成的组织形变测量平台。实时采集了穿刺过程图像，并利用形态学算法测量了组
织内标识物的位移。经误差补偿后，组织形变测量误差小于0.7 mm。该方法可提高机器人辅助针
穿刺手术精度。

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基于图像边缘与玻璃属性约束的窗户检测

缪君，储珺，张桂梅

2015, 36(5): 776-782. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050776

摘要 ( 72 )

PDF(2124KB) ( 344 )

窗户检测是建筑物图像理解的重要内容之一。为此提出了一种基于图像边缘与玻璃
属性约束的窗户检测方法。首先，将图像边缘作为窗户的初始定位，然后分别在边缘两侧提取局
部颜色和纹理特征，并将二者的差异性作为识别窗户的特征，最后，先采用Mahalanobis 距离分
类器进行局部含窗区域判决，再利用图像分割算法提取窗户的整体区域。实验表明，提出的算法
能在窗户形状结构未知的情况下，实现对建筑物表面的窗户有效检测。

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一种古建墙壁受污题记文字图像边缘提取方法

刘英杰，杨风暴，吉琳娜，原惠峰

2015, 36(5): 783-788. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050783

摘要 ( 71 )

PDF(696KB) ( 200 )

针对古建墙壁题记文字图像受污染影响而边缘提取不完整、易产生伪边缘和不连续
边缘等问题，提出了一种受污题记文字边缘提取的方法。首先，对文字图像进行全变分去噪和多
尺度视网膜算法明暗增强预处理；然后构造阴影-遮挡准不变模型滤除污染和背景产生的伪边缘，
并用Gabor 滤波器对其进行空间平均，建立颜色结构张量，结合Canny 算法进行边缘提取；最后，
通过形态学方法滤除图像中存在的小面积边缘，并做区域连通处理，得到题记文字边缘图像。实
验结果表明，相比传统的Canny 算法和Sobel 算法，该方法有效地克服了污垢和背景造成的伪边
缘和不连续边缘，很好地提取出了完整的题记文字边缘，在边缘品质EQ 等客观指标上有较明显
提升。

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篮球训练仿真系统的实现

张典华，陈一民

2015, 36(5): 789-794. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050789

摘要 ( 78 )

PDF(681KB) ( 245 )

针对当前篮球训练中缺少量化计算的问题，开发了篮球训练仿真系统。首先利用篮
球运动轨迹方程求导，得到起落点不在同一水平线上的无空气阻力情况下最佳出手角和出手速度
的精确解。实验表明最佳出手角随出手速度的增加而增加，随出手高度的增加而减小。当投篮距
离增大时，最小出手速度需要增加，最佳出手角则减小。然后制作了可视化的仿真环境，并对运
动员动画、有物理材质的篮球、声音模块、关卡设计、最佳出手角计算模块及网络计分系统等进
行了研究。运动员可以利用该可视化环境测算适合自己的最佳出手角和出手速度，辅助训练。

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基于语义分解的人机任务快速规划及仿真自动生成方法

吴珍发，赵皇进，郑国磊

2015, 36(5): 795-801. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050795

摘要 ( 99 )

PDF(839KB) ( 210 )

人机任务仿真规划是人机系统应用的基础性工作，也是任务仿真制作过程中最具专
业性和复杂性的工作之一，研究人机任务仿真快速规划方法对提高人机系统的应用水平具有重要
的意义。针对现有人机系统中人机任务仿真交互量大、仿真进程不能自动生成以及仿真结果重用
性差等问题，提出一种基于语义分解的人机任务快速规划及仿真自动生成方法。首先，采用分层
模式，对人机任务的自然语义进行逐层分解和细化，直至最终可由计算机系统直接实现和执行的
动作来描述为止；然后，引入任务路径、轨迹和进程等概念，对复杂人机任务过程进行结构化定
义和表示，提出相应的图形化人机任务过程图形化规划方法，并在此基础上建立人机任务仿真自
动生成方法。开发支持这种方法的程序原型，并以飞机装配中卡板打开操作为例，对这种方法进
行测试和验证。

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基于BIM 的运维管理研究与应用综述

胡振中，彭阳，田佩龙

2015, 36(5): 802-810. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050802

摘要 ( 391 )

PDF(562KB) ( 1467 )

：在建筑物的运营维护阶段中引入BIM 技术可以得到显著效益。尽管近年来相关文献
发表数量持续增长，但目前国内外运维阶段的BIM 研究与应用还处于初级阶段。为此在广泛的文
献调研的基础上，从技术层面和应用层面对当前国内外BIM 运维的研究和应用现状进行综述，介
绍其所涉及的关键技术及相关系统研发现状，进而归纳了已经实现的各种运维功能和项目应用情
况。在总结现状的基础上，最后讨论了该领域现存的挑战和瓶颈，并针对性地展望了BIM 运维未
来的发展方向。

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Word 文档中AutoCAD 数据格式图形显示效果的高效编辑研究

景天虎，马小龙，刘均利，莫时旭

2015, 36(5): 811-818. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2015050811

摘要 ( 70 )

PDF(1727KB) ( 230 )

在分析现有的插图制作方法和AutoCAD 软件图形显示原理的基础上，按照试错法
研究了Word 文档中AutoCAD 数据格式图形在编辑过程中显示效果失控的现象。研究表明，
AutoCAD 软件绘图窗口的大小和视图状态信息是决定文档插图显示效果的最重要因素。在编辑文
档插图时，诸如使用全部视图信息的方法制作插图、在AutoCAD 软件工作界面最大化的显示状
态下编辑图形、及时恢复到原始的视图状态、每次编辑插图时保持软硬件操作环境不变等措施，
就能使插图的显示效果在编辑过程中始终处于可控的状态，从而显著提高编辑效率。

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