图学学报

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2016年第1期目录

2016, 37(1): 0-1.

摘要 ( 41 )

PDF(128KB) ( 218 )

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一种基于改进快速搜索随机树算法的管路自动布局方法

徐联杰，刘检华，何永熹，吴宏超，刘佳顺

2016, 37(1): 1-9. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010001

摘要 ( 117 )

PDF(1591KB) ( 316 )

针对非正交管路自动布局问题，提出一种基于障碍物碰撞信息的快速搜索随机树
改进算法。该算法主要采用基于碰撞信息的节点扩展策略、快速绕障算法以及基于概率思想的
节点扩展策略3 种方法进行改进，能够在较短的时间内搜索出一条沿结构件表面从起点到终点
的路径，在此基础上采用基于关键节点的路径优化策略，对求解得到的布局路径进行优化后形
成最终的管路布局结果。开发了原型系统，通过实例验证了该算法的可行性。

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按比例缩放灭点三角形或反转重合视点的量点法作图

吴雪梅，李平川，王迎，钱晓明

2016, 37(1): 11-13. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010011

摘要 ( 114 )

PDF(291KB) ( 202 )

量点法作建筑透视图的原理较复杂，而且在手工绘制量点法两点透视图时，经常
遇到图幅过大造成灭点与视点落在图板之外（即不可达）而难以操作的情况。提出一种简便易
行、有效利用有限图纸空间的方法：按比例缩放灭点三角形或反转重合视点的作图方法。此方
法关键点是节省竖向图纸空间，使图纸得到有效利用并不至于使透视图过小。并以基本立体和
建筑实例对该方法进行了应用和验证。结果显示，方法行之有效，值得推广应用。

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一种实用高效的车线生成算法

朱彬，金权东，王燕涛

2016, 37(1): 14-19. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010014

摘要 ( 84 )

PDF(1144KB) ( 218 )

车身焊装线的设计和制造对汽车生产质量和效率具有重要影响。车线是用来标识
焊装线中关键零部件在整个车身坐标系中具体位置的坐标网格线，其是车身制造和检测的基准，
对于车身制造精度的保证具有重要意义。提出基于坐标系变换的车线绘制方法，首先，创建局
部参考坐标系，然后，通过车身坐标系和局部参考坐标系之间的变换来记录夹具及其组成零件
在车身坐标系中的转动过程，最后，通过投影变换自动完成车线的绘制和标注。相比于传统方
法，在保证准确性的同时，车线生成效率得到提高。基于该方法实现了一个车线自动创建软件
模块，并在车身焊装线设计中得到成功应用。

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夹紧顺序、夹具布局和夹紧力对装夹变形影响与同步优化分析研究

许晓宇，赵晓慈

2016, 37(1): 20-24. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010020

摘要 ( 87 )

PDF(434KB) ( 237 )

为减小工件装夹变形，提高薄壁件加工精度，以薄壁零件装夹变形最小化为目标
函数，通过遗传算法和有限元方法相结合，提出夹紧顺序、装夹布局和夹紧力同步分析方法。用
该方法对一航空薄壁零件装夹进行优化分析，优化结果与经验设计及传统分析结果进行对比，有
效地降低了工件因装夹不当引起的变形，验证了夹紧顺序、夹具布局和夹紧力同步优化方法的
有效性。

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基于协同进化算法的分支线缆自动布局设计方法

徐金宝，刘检华，刘佳顺，刘潇

2016, 37(1): 25-33. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010025

摘要 ( 114 )

PDF(2226KB) ( 236 )

针对分支线缆布局设计中分支点难以确定的问题，提出基于协同进化算法的分支
线缆自动布局设计方法。首先建立分支线缆的线束模型，基于线缆的线束模型信息将分支线缆
分解为多个一对一的单根线缆，每个单独的线缆代表一个种群；在此基础上采用改进的快速扩
展随机树算法求解单根线缆的路径，然后基于协同进化的思想对分支线缆的分支点进行寻优，
通过种群间相互影响适应度的评价使得分支线缆的布局结果达到最优；最后对最终优化得到的
路径点进行拟合，从而获得线缆作为布局设计结果并输出。设计并开发了线缆自动布局设计软
件原型系统，进行算例测试与实例应用，验证方法的可行性。

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基于Cosserat 弹性杆理论的柔性线缆物理建模方法

林海立，刘检华，唐承统，刘佳顺

2016, 37(1): 34-42. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010034

摘要 ( 185 )

PDF(2789KB) ( 334 )

：针对虚拟环境中线缆敷设过程仿真的线缆建模问题，提出一种基于Cosserat 弹性
杆理论的柔性线缆物理建模方法。该方法在线缆离散模型的基础上根据Cosserat 弹性杆理论导
出线缆的总体势能，并通过优化算法得到线缆总体势能最小时的线缆形态，即线缆的平衡状态。
模型考虑到线缆的柔性和连续性，能够模拟线缆的弯曲和扭转变形；通过对线缆进行离散表达，
实现了对线缆总体势能的数值求解；引入罚函数将求解线缆总体势能最小值问题转化为非线性
无约束优化问题；非线性无约束优化问题的求解采用信赖域方法，提高了求解的稳定性。设计
并开发了虚拟环境中的线缆敷设过程仿真原型系统，并进行实例验证，证明该方法的可行性。

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基于D-H 修正标记法的五轴加工后处理研究

钱憬，刘志兵，王西彬，严涛

2016, 37(1): 43-48. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010043

摘要 ( 86 )

PDF(1030KB) ( 264 )

：在工业生产中，需要将CAD/CAM 软件生成的CL 数据通过后处理程序转换为NC
加工代码。针对自由曲面五轴加工的数据转换问题，应用D-H 修正标记法开发五轴加工机床后
处理程序，对D-H 修正标记法的参数定义过程进行了描述并提出改进，针对DMU 80 monoBlock
型五轴加工机床开发了专用后处理程序，最后通过VERICUT 进行了加工仿真，验证该程序的
正确性。该程序对提高自由曲面五轴加工数据后处理的效率具有重要意义。

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三维工序模型切削载荷动态变化的工艺优化策略

赵倩，焦黎，谭方浩，罗智文，王西彬，王昭

2016, 37(1): 49-55. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010049

摘要 ( 94 )

PDF(1555KB) ( 198 )

：综合零件的加工特征及约束条件并引入布尔差运算，可以分解出零件典型面组并
生成对应的工艺路线谱系，达到零件加工工艺快速优化设计的目的。通过分析三维工序模型典
型面组加工时的动态特性，采用B 样条曲线插值参数化的方法构建刀具-工件接触区域动态边界
的统一数学模型，预测切削载荷动态变化状况，并进行切削参数优化达到有效控制切削载荷的
目的。最后以某零件的车削加工为例进行分析，验证该工艺优化策略的可行性。

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关于飞机审美认知的五个维度

宫浩钦

2016, 37(1): 56-59. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010056

摘要 ( 126 )

PDF(207KB) ( 252 )

飞机的外形设计与气动特性密切相关，其外观造型和功能诉求之间的对应关系，
使之在视觉上呈现出一种独特的美感。飞机之美是人们对其在审美上的感性认知，是从审美的
角度对航空科技的全新解读。从功能、造型、材料、工艺、装饰五个维度对飞机展开分析可以
发现，飞机之美是科技发展和审美认知合力作用的结果。飞机兼具艺术上的优美与技术上的合
理，预示着工业设计将在飞机外形和内饰上发挥更加重要的作用。

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基于视觉关联分析的盐土文化设计因子提取

王伟伟，刘音，王毅

2016, 37(1): 60-65. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010060

摘要 ( 104 )

PDF(3691KB) ( 319 )

为了挖掘和保护盐土文化，使盐土文化及其精神得到传承，提出了一种盐土文化
创意产品设计思路。通过对盐土文化发展过程中三大盐宗带来变革的研究，对其中涉及器物进
行分析，然后融合动态动词法等现代设计方法提取其特色因子，并利用眼动实验进行视觉关联
分析，同时结合感性工学的方法对提取方案进行评价，进而将筛选的设计因子运用于文创产品
设计开发过程等。最后结合某系列茶具设计验证了方法的有效性，通过创意设计使枯燥的盐土
文化更具吸引力。

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基于视觉词袋的视频检索校准方法

吴连亮，蔡鸿明，姜丽红

2016, 37(1): 66-73. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010066

摘要 ( 92 )

PDF(2622KB) ( 550 )

随着互联网技术的飞速发展，视频数据呈现海量爆炸式增长，传统的视频搜索引擎
多数采用单一的基于文本的检索方法，该检索方法对于视频这类非结构化数据，存在着内容缺失、
语义隔阂等问题，导致检索结果相关度较低。提出一种基于视觉词袋的视频检索校准方法，该方
法结合了视频数据的可视化特征提取技术、TF-IDF 技术、开放数据技术，为用户提供优化后的
视频检索校准结果。首先，基于HSV 模型的聚类算法提取视频的关键帧集合及关键帧权值向量；
接着用关键帧图像的加速稳健特征等表示视频的内容特征，解决视频检索的内容缺失问题；然后
利用TF-IDF 技术衡量查询语句关键字的权值，并开放数据获得查询语句关键字的可视化特征和
语义信息，解决视频检索的语义隔阂问题；最后，将提出的基于视觉词袋的视频检索校准算法应
用于Internet Archive 数据集。实验结果表明，与传统的基于文本的视频检索方法相比，该方法的
平均检索结果相关度提高了15%。

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多模图像联合非局部滤波快速算法

杨元琴，魏宁，董方敏

2016, 37(1): 74-78. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010074

摘要 ( 83 )

PDF(685KB) ( 258 )

提出一种新的基于非局部均值的多模图像滤波方法。在该方法中，对于噪声图像
滤波采用非局部均值方法，其中对于噪声图像块之间灰度相似测度权重由另一幅图像引导计算。
实验结果表明，该方法比基于局部的图像去噪方法如双边滤波算法有更好地去噪效果。通过构
造联合积分图像对提出算法进行加速，与原始算法相比其显著提速两个数量级，加速算法的复
杂度不受滤波器大小影响，易于在并行系统中实现。

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一种基于页眉线的扭曲文档图像快速校正方法

曾凡锋，段漾波

2016, 37(1): 79-83. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010079

摘要 ( 89 )

PDF(6613KB) ( 334 )

：在对文档图像进行光学字符识别时，由于书籍扭曲的存在，识别率会降低。对于
含有页眉页脚线的扭曲文档图像，提出一种快速校正方法。首先分别检测并定位图像中的页眉
线，保存页眉线的坐标信息。根据等比算法计算页眉线上各点在校正时所需向上或向下移动的
距离，然后以此距离为参数扫描图像，计算页眉页脚线之间的各个目标像素校正所需移动的距
离，同时进行像素点的移动重构图像，最终得到校正的图像。实验结果表明，该方法校正效果明显，
对于包含页眉页脚线的扭曲文档图像有较好的校正效果，校正后OCR 识别率大幅度提高。

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基于HOG 和几何特征的服装细节要素识别与分类

纪娟，秦珂，杨若瑜

2016, 37(1): 84-90. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010084

摘要 ( 135 )

PDF(5123KB) ( 571 )

随着人们对服装产品多元化需求的增强，无论是对于经营者还是消费者，服装分
类都显得十分必要。现有方法大都基于服装整体做出处理，而忽略了服装细节要素的特征。提
出针对服装细节，如衣领类型、袖子和下装长度等进行识别分类方法。在轮廓提取的基础上，
针对衣领位置不确定、领口形状受周边花纹干扰等难点，设计了在多尺度HOG 结果上进行投
票的方法，并结合基于角点检测的几何特征提取如关键尺寸比例计算等，用SVM 完成训练分
类。最后利用多个特征搭配系数矩阵给出服装搭配建议。实验表明，该方法能够有效地完成上
述服装细节要素分类，对自动搭配推荐也有一定实用价值。

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基于多代表点近邻传播的大数据图像分割算法

许晓丽

2016, 37(1): 91-96. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010091

摘要 ( 78 )

PDF(876KB) ( 293 )

基于多代表点近邻传播聚类算法，提出一种有效的大数据图像的快速分割算法。
该算法首先运用均值漂移算法将彩色图像分割成很多小的同质区域，然后计算每个区域中所有
像素的颜色向量平均值，并用区域数目代替原图像像素点数目，选用区域间的距离作为相似度
的测度指标，最后应用多代表点近邻传播聚类算法在区域相似度矩阵上进行二次聚类，得到最
终的图像分割结果。实验结果证明，提出的算法在大数据图像的分割中取得了较为满意的分割
效果，且分割效率较高。

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三维虚拟维护训练系统关键技术研究

马天，李洪安，马本源，康宝生

2016, 37(1): 97-101. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010097

摘要 ( 70 )

PDF(1969KB) ( 254 )

针对三维虚拟维护训练中设备拆装操作复杂的问题，提出一种通用的拆装关系数
据格式和处理方法，可方便定制各种设备的拆装训练应用；提出一种高效简洁的自动轴对齐约
束拆装操作方法，并以此设计实现了一种二维屏幕空间的移动拖拽器。通过OSG 引擎进行场景
渲染和管理，分析了系统的体系结构和场景组织设计，开发了一套虚拟拆装训练三维仿真系统，
实现了拆装操作记录的统计和报表输出。应用结果表明，该系统具有较好的实时性和显示效果。

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不同材质服装的实时动态仿真

薛原，黄璐宸，杨若瑜

2016, 37(1): 102-109. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010102

摘要 ( 107 )

PDF(681KB) ( 335 )

提出参数化的人体建模方法。将人体分为10 个部分，并且定义了一系列特征参数
用来控制人体的拓扑结构。文献[1]中提出的Zhang 样条曲线被用于构造每个部分的人体表面。
在完整人体模型的基础上，实现实时的着装模拟。在传统弹簧质点模型的基础上提出大弯曲弹
簧以实现褶皱效果。另外，通过合理的参数设置以及多重校正机制实现不同材质的效果，包括
丝质、棉质和弹性布料。实验结果证明该系统可以建立较为真实的人体模型，并且能实时地进
行较为复杂的试穿仿真。

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基于定位与姿态感知的虚实漫游方法应用研究

赵海英，陈洪，穆晓峰

2016, 37(1): 110-114. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010110

摘要 ( 94 )

PDF(3782KB) ( 292 )

随着虚拟现实技术的成熟，文化遗产数字化保护与传承越来越受到人们的关注。
通过GPS 定位与移动终端的结合，实现智能移动终端GPS 在展示古迹废墟遗址方面的优势。
具体方法是，首先通过数据转换，建立虚拟场景与真实场景的区域映射；然后使用陀螺仪将摄
像机的角度与智能移动终端绑定，建立虚拟角色与现实角色的姿态映射，最后通过Unity3D 插
件包实现虚实漫游功能，打破时间与空间限制，丰富展示作品的信息量与趣味性，并提供一种
个性化的文化遗产场景浏览模式，可应用于遗址废墟如圆明园场景。

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基于Quest3D 可视化管理系统的研究与实现

冯桂珍，张增强，池建斌，邢海军

2016, 37(1): 115-119. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010115

摘要 ( 77 )

PDF(6061KB) ( 340 )

Quest3D 是一种基于DirectX 开发的三维交互技术平台，具有广泛的应用空间。在
研究Quest3D 构建交互式三维虚拟场景的过程、方法和相关技术的基础上，以某工程项目为例，
以VC++和Quest3D 为平台，结合MySQL 数据库技术，开发了一个工程项目可视化管理系统，
通过服务监听机制实现数据的异地同步和更新。用户在虚拟场景中通过鼠标或键盘进行交互操
作和漫游，查询工程信息，可视化预警存在问题工程及应急事件处理预案的查询等，为实际工
程施工和管理提供了一种可视化的解决方案。

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一种改进的PowerPoint 工程图动画制作方法研究

罗年猛，董天林，邓小杰

2016, 37(1): 120-124. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010120

摘要 ( 92 )

PDF(849KB) ( 253 )

PowerPoint 制作的动画在目前工程制图教学中占据主要地位，但是PPT 中图形的
绘制和动画的制作以及修改都很困难，提出一种结合AutoCAD 矢量图形制作动画方法，很好
地解决了图形绘制以及动画定义后的再修改问题。

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基于科技文档的AutoCAD 插图精准出图方法

景天虎，马小龙，刘均利，莫时旭

2016, 37(1): 125-139. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010125

摘要 ( 183 )

PDF(487KB) ( 230 )

插图中的文字高度、图线线宽和图纸比例的精准打印输出，对制图类教材或教学
课件等科技文档十分重要。为了能精确出图，在分析文字信息版面占优势的科技文档中
AutoCAD 插图制作方法的基础上，从几个绘图概念出发，研究了插图的显示特性、图形对象的
图线宽度和图中文字高度的属性特征。研究表明，只需将Word 软件所测得的插图原始尺寸看
成制作AutoCAD 图形的绘图画布和物理纸张的图幅尺寸，精准设置图形的打印出图比例、线
宽和文字高度的属性值，就能通过科技文档打印输出既精准又符合制图规范的插图。

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基于MATLAB 的某型履带吊管机吊物系统动态特性分析

宋秋红，王皓辉，徐少蓉，杨绍杰

2016, 37(1): 130-138. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010130

摘要 ( 45 )

PDF(5053KB) ( 243 )

吊管机在外部工况激励的作用下会产生危险的大幅摆动，不仅会降低施工的吊装
精度，严重时还会引起吊物和结构的碰撞。因此对吊管机进行吊物系统动态特性分析对吊管机
的作业安全具有重要的意义。依据吊管机的工作环境，总结和对比国内外的相关研究。建立吊
物系统的数学模型，推导吊管机吊物系统的非线性动力学方程，并利用MATLAB 进行吊管机
吊物系统的数值分析。结果可以看出吊索长度、外部激励频率、吊物的升降速度分别对吊物系
统的动态响应、吊物摆振、吊物的面内外摆角产生影响。

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疏散过程中人员绕行行为的几何算法

何大治，李萍，张茜菡

2016, 37(1): 139-142. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016010139

摘要 ( 62 )

PDF(378KB) ( 214 )

人员预判绕行是人员行走时的一个重要特征，在大多数计算机仿真模型中，人员
都是碰撞到障碍物才转向绕行，这与实际情况不符。基于几何方法的路径算法，将人员单个离
散步距上的人员移动方向确定分为视觉区域划分、区间人员密度比较和移动方向确定3 个步骤，
并根据行为的特征分别建立相应几何算法。通过人员疏散路径实验模拟，分析了算法的真实性。

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