图学学报

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2016年第2期目录

2016, 37(2): 0-0.

摘要 ( 41 )

PDF(323KB) ( 209 )

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基于自适应权值的点云三维物体重建算法研究

林晓，王燕玲，朱恒亮，胡甘乐，马利庄，李鲁群

2016, 37(2): 143-148. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020143

摘要 ( 229 )

PDF(1093KB) ( 404 )

基于三维扫描点云数据的三维物体重建是计算机图形学中非常重要的课题，在计
算机动画、医学图像处理等多方面都有应用。其中基于最小二乘问题的Levenberg-Marquart 算
法和基于极大似然估计的M-Estimator 算法都是不错的方案。但是当点的数量过多过少或者点
云中有噪声时，这些方案产生的结果都会有较大的误差，影响重建的效果。为了解决这两个问
题，结合Levenberg-Marquart 算法和M-Estimator 算法，提出了一种新的算法。该算法结合
Levenberg-Marquart 算法较快的收敛性和M-Estimator 算法的抗噪性，能很好地解决点数量较多
和噪声点影响结果的问题。通过在M-Estimator 的权重函数上进行改进，提出自适应的权值函
数，用灵活变动和自适应的值代替原来的固定值，使算法在噪声等级较高时也能表现良好。最
后将算法应用在球体和圆柱上，并和最新的研究成果进行对比，数据说明算法无论是在点云数
量较多还是在噪声等级较高的情况下都明显优于其他已知算法。

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逼近三次B 样条导矢曲线的四次Hermite 插值样条

郭啸，韩旭里，黄琳

2016, 37(2): 149-154. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020149

摘要 ( 98 )

PDF(630KB) ( 351 )

给出了形状可调的四次Hermite 插值样条曲线的构造方法。四次样条曲线可提供额
外的自由度用于调整曲线具有合理形状。利用导矢逼近使得四次Hermite 样条曲线具有与三次B
样条曲线相似的形状。通过最小化曲线间的导矢误差给出了确定自由度的方法，提出了四次
Hermite 插值样条曲线的构造方法。该方法增加了自由度控制曲线形状能更好满足保形要求。最
后以实例对构造的四次Hermite 样条曲线和标准三次Hermite 插值样条曲线进行了比较。

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六次PH 曲线G2 Hermite 插值

王慧，朱春钢，李彩云

2016, 37(2): 155-165. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020155

摘要 ( 125 )

PDF(1207KB) ( 238 )

以其在弧长计算与等距线表示上的优势，PH 曲线成为近年来计算机辅助几何设计
研究的焦点问题之一。为此讨论了六次PH 曲线的G2 Hermite 插值问题。在指定自由参数下，对
两类六次PH 曲线分别进行复分析曲线求解，得到满足G2 插值条件的六次PH 曲线和控制顶点。
通过弧长、能量积分、绝对旋转数的衡量，选取较好的插值曲线。进一步，讨论了用六次PH 曲
线G2 Hermite 插值逼近90°和67°圆弧的问题。在同一个自由参数下，选择插值最好的曲线，可
实现六次C1 Hermite 插值逼近圆弧的效果，且逼近90°圆弧时，优于五次G2 Hermite 插值逼近的
PH 曲线，而逼近67°圆弧时，与最好的五次PH 曲线达到的效果几乎相同。

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改进的最小包围球随机增量算法

李世林，李红军

2016, 37(2): 166-171. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020166

摘要 ( 106 )

PDF(988KB) ( 289 )

三维空间中离散点集的最小包围球，在碰撞检测、计算几何和模式识别等领域都
有广泛应用。为了更好地理解和构造最小包围球算法，首先对最小包围球的性质进行分析。然
后，基于对随机增量算法的分析，提出了构造较大初始包围球和减少迭代过程中最小包围球更
新次数两种策略。依据后一种策略提出的方法称为随机点组-重算最远点算法。计算机随机生成
数据和现实三维模型采样数据的多组实验结果表明，随机点组-重算最远点算法相比于之前的经
典算法能够有效地提高时间效率。

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基于推广B 样条细分方法的曲面混合

沈永超，方美娥

2016, 37(2): 172-177. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020172

摘要 ( 56 )

PDF(714KB) ( 215 )

提出用推广B 样条细分曲面来混合多张曲面的方法，既适用于一般网格曲面，又适
用于推广B 样条参数曲面混合。根据需要选择阶数和张力参数，可全局调整整张混合曲面的形状。
中心点和谷点的计算都设置了形状参数，可局部调整混合部分形状。推导出二次曲面细分初始网
格计算公式，并将3 阶推广B 样条细分曲面混合方法用于多张二次曲面混合，与已有的二次曲面
混合方法相比具有明显的优势。

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基于差分进化算法的B 样条曲线曲面拟合

何兵朋，冯仁忠，余胜蛟

2016, 37(2): 178-183. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020178

摘要 ( 108 )

PDF(894KB) ( 409 )

应用B 样条曲线曲面拟合内在形状带有间断或者尖点的数据时，最小二乘法得到的
拟合结果往往在间断和尖点处误差较大，原因在于最小二乘法将拟合函数B 样条的节点固定。本
文在利用3 次B 样条曲线和曲面拟合数据时，应用差分进化算法设计出一种能够自适应地设置B
样条节点的方法，同时对节点的数量和位置进行优化，使得B 样条拟合曲线曲面在间断和尖点处
产生拟多重节点，实现高精度地拟合采样于带有间断或尖点的曲线和曲面数据。

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基于Abaqus 的高强材料连接金具接触问题分析

李俊辉，徐光辉，常林晶，宋铁创，万少婷，许爱斌

2016, 37(2): 184-188. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020184

摘要 ( 77 )

PDF(789KB) ( 273 )

接触问题是一种高度非线性行为，且不同的接触类型及控制因素对仿真模型的计算
结果有着重要影响。采用Abaqus 软件对高强材料连接金具在使用过程中抵抗极限载荷的能力进
行了非线性静力仿真分析，通过对连接金具U 型挂环与其连接件间接触类型的不同设置，对比分
析不同接触类型下的计算结果，明确了U 型挂环在给定工况下适合的接触类型。并根据U 型挂
环的变形与应力分布规律，提出了相应的改进建议，为连接金具的结构设计提供了更加科学的
指导。

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基于牛顿迭代法的椭圆近似画法误差分析

周亚辉

2016, 37(2): 189-192. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020189

摘要 ( 68 )

PDF(579KB) ( 209 )

：四心圆法是用四段圆弧拼接成近似椭圆。由于其对称性，取图形的1/4 为研究对象，
利用二分法求解方程组，得出两段圆弧拼接点坐标值；分别用两段圆弧的极径和实际椭圆中相应
的极径进行长度误差分析，列出两段圆弧与椭圆极坐标方程，使用牛顿迭代法，求出圆弧与实际
椭圆的极径长度最大误差值；计算出近似椭圆与实际椭圆面积，求出面积误差值。在编程软件中，
根据所得数学模型编制计算器，计算结果列表对比分析，得出四心圆法作近似椭圆的误差结论。

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弹体结构自顶向下的参数化装配体建模方法

贺谦，席平

2016, 37(2): 193-198. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020193

摘要 ( 113 )

PDF(5464KB) ( 258 )

为提高导弹弹体建模的质量和效率，对弹体结构的建模过程进行研究。提出了弹体
结构的自顶向下的参数化装配体建模方法。以UG 为平台，开发了弹体结构快速建模系统，实现
了弹体结构快速建模、模型快速修改和对整个装配体的参数驱动和参数管理。选取典型弹体结构
为实例，验证了该方法的可行性和有效性。

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基于数据类型转换的点云快速有损压缩算法

律帅，达飞鹏，黄源

2016, 37(2): 199-205. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020199

摘要 ( 105 )

PDF(780KB) ( 291 )

针对海量三维点云数据为计算机存储和传输增加沉重负担的问题，提出一种基于数
据类型转换的点云快速有损压缩算法。首先设计出一种数据类型转化规则-FtoI 规则，根据FtoI
规则将浮点数类型点云转换成整数类型点云，然后将整数类型点云切分成许多小单元面块，每一
单元点云生成最小生成树，按广度优先的顺序对树形结构进行编码。同时，按照树形结构对父子
节点的差值进行编码，把整型差值分成两部分编码，符号一部分，其绝对值一部分，其中绝对值
部分采用算术编码进行压缩。实验表明该文算法在保证整个三维点云模型的质量情况下，具有不
错的压缩速度和压缩率。

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部件化构建的三维服装快速编辑方法

刘骊，付晓东，王若梅，罗笑南

2016, 37(2): 206-213. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020206

摘要 ( 87 )

PDF(1518KB) ( 257 )

直接设计一个三维服装模型不仅耗时而且需要专业服装设计知识。为简化这一复杂
的建模过程，提出基于部件化构建的三维服装快速编辑方法，其关键在于通过分割和融合的网格
编辑技术从已有的服装模型中快速构建新的三维服装模型。首先按照服装分类分割出不同类型的
服装部件。其次基于分割出的三维服装部件以及已有的服装模型，建立部件间以及部件与模型间
的几何约束关系，把二维均值坐标插值方法应用到三维服装网格融合中，把方程数值求解问题转
化为线性插值问题，避免求解线性方程组。最后根据柔性服装的特征，构造适于柔性服装光滑保
形变换的方法。实验结果表明，该算法在不影响融合效果的前提下可以提高融合的效率，能够有
效地实现三维服装的快速编辑。

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融合Gabor 特征与投影字典对学习的#br# 人脸识别算法

付宇贤，彭良玉，彭辉

2016, 37(2): 214-217. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020214

摘要 ( 93 )

PDF(1326KB) ( 528 )

为了获得更好的人脸特征，有效地提高算法的识别率，提出了一种联合Gabor 特征
与投影字典对学习的人脸识别算法G-DPL。算法使用Gabor 小波提取人脸图像的局部特征，对特
征向量使用PCA 与LDA 的方法进行降维。将投影字典对学习算法与降维后的Gabor 特征融合，
然后进行分类识别。提出的G-DPL 算法在ORL 库上整体识别率达到99.00%，特征维数为39 维。
在AR 库上识别率达到96.14%，特征维数为99 维。提出的G-DPL 算法在占用较少空间的同时能
够获得更高的识别率，对实际应用具有一定的参考价值。

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非真实感绘制漫画艺术效果的研究与实现

钱文华，徐丹，普园媛，徐瑾，何磊，廖东伟

2016, 37(2): 218-223. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020218

摘要 ( 105 )

PDF(849KB) ( 278 )

提出了一种基于非真实感绘制的漫画艺术效果绘制算法。算法首先将输入图像从
RGB 色彩空间转换为LAB 色彩空间，通过双边滤波及色彩量化的方法对输入图像进行处理，获
得连续的、局部区域色彩一致的结果图像，可通过权值等参数对滤波及量化程度进行控制。其次，
采用DOG 滤波器和阈值处理求取输入图像的边缘信息，获得连续的、清晰的边缘。最后将边缘
图像融合到量化结果图像中，获得最终的漫画艺术效果。从最终的漫画艺术绘制效果看出，该算
法简单、易于实现。

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基于灰度与纹理特征的空中目标识别与跟踪

李洪安，杜卓明，李占利，康宝生

2016, 37(2): 224-229. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020224

摘要 ( 104 )

PDF(855KB) ( 261 )

视频监控技术在航天领域中得到广泛应用，已成为航天安全和管理的重要技术手段
之一。为了实现在环境影响及遮挡情况下对航天视频监测和管理中对空中运动目标的运动状态监
测，首先运用背景差分法与相邻帧差法相结合的方法检测出运动目标的变化区域，通过二值化、
形态学滤波等处理后得到运动目标，提出灰度特征与纹理特征相结合的方法识别运动目标。然后
采用改进的Mean-Shift 方法实现对空中运动目标的跟踪，完成对空中运动目标的安全监控。结果
表明：提取与选择的目标特征在识别中取得较满意的效果，针对空中运动目标的跟踪具有较好的
鲁棒性，该方法具有可行性。

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基于主体区域保持的图像缩放算法

邹盼盼，陆平，朱恒亮，董振江，贾霞，林晓，马利庄

2016, 37(2): 230-236. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020230

摘要 ( 68 )

PDF(1161KB) ( 253 )

基于插值运算的缩放算法和经典的缝裁剪算法是两种常用的图像缩放算法，传统的
缩放算法在缩放比例不一致的情况下其效果不佳，而缝裁剪算法在主体区域较大或者图像背景较
为复杂时对图像的主体区域会造成一定破坏。针对以上问题，提出了一种基于主体区域保持的图
像缩放算法，使用高斯差分对图像进行角点检测，利用角点产生凸包，根据凸包对图像进行主体
区域检测，计算能量图并对位于主体区域像素点的能量给予相应的权重，根据权重的不同对主体
区域进行不同程度的保护。实验结果表明，该算法能更好地保持图像主体区域。

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基于梯度边缘最大值的图像清晰度评价

刘亚梅

2016, 37(2): 237-242. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020237

摘要 ( 113 )

PDF(1545KB) ( 856 )

光电遥感相机获取的遥感图像传回地面后都会出现一定降质模糊现象，通过复原可
以得到较高质量的遥感图像。得到复原图像后，需要一些方法来评价复原图像质量提高的程度。
为此提出了一种遥感图像清晰度的评价方法，通过提取图像的梯度，找出梯度最大的区域，计算
出该区域的像元个数，并以此作为图像的清晰度参数，计算复原图像清晰度与降质图像清晰度之
间的相对误差，得到清晰度提升率。通过设计实验来验证该方法的有效性。结果表明，该方法可
以准确评估复原图像的清晰度提升率，对弱振铃波纹有较好地抑制效果，在信噪比大于22 dB 时，
评价结果不受噪声影响。

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虚拟飞行场景中事故特效的实时仿真

王新翔，赵罡，肖文磊

2016, 37(2): 243-248. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020243

摘要 ( 76 )

PDF(726KB) ( 248 )

：针对飞机的虚拟飞行仿真中，飞行事故仿真的真实感不强的问题，基于粒子系统，
结合动力学模型，实时渲染了爆炸、火焰、烟雾等飞行事故常见特效。使用四边形粒子代替传统
点粒子，结合纹理映射技术和融合技术，将真实感较强的纹理贴图与背景的帧缓存按照预设的融
合因子进行深度融合，提高了特效的真实感和实时性。通过粒子系统碰撞检测的方法，模拟烟雾
在飞机机舱内扩散，与舱壁发生碰撞的效果。搭建出模拟飞行的虚拟现实仿真系统，实现真实感
和沉浸感都很强的飞机爆炸、起火和冒烟等事故场景实时仿真。

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基于IFC 标准的建筑构件表达与管理方法研究

施平望，林良帆，邓雪原

2016, 37(2): 249-256. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020249

摘要 ( 105 )

PDF(751KB) ( 401 )

工业基础类标准(IFC)是BIM 的数据存储标准，定义了建筑项目全生命周期的各种
对象与类。采用实例分析的方法，针对基于IFC 标准的建筑构件的表达方法作了详细的介绍与描
述，并且对基于IFC 标准的建筑构件管理方法作了比较完善的分析，将为构建基于IFC 标准的构
件库奠定基础。

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结构分析模型构件偏心数据转换方法研究

邹帅，赖华辉，邓雪原

2016, 37(2): 257-264. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020257

摘要 ( 58 )

PDF(957KB) ( 346 )

针对不同结构分析软件之间的模型数据转换的问题，在早期建立的基于XML 的结
构通用格式实现了SGF 与SAP2000、ETABS、IFC 等数据模型的基本转换。针对当前现有的建筑
结构模型转换平台大多不能实现复杂构件偏心设置的转换、对结构计算结果造成偏差的问题，解
析了多种结构分析软件的偏心数据结构，提取偏心表达核心部分与SGF 形成映射，并设计基于
SGF 的偏心数据转换算法，实现结构分析模型构件偏心的转换。通过偏心框架模型转换实例验证
了该算法的可行性。

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一种提高学生自主学习能力的相贯线实践教学法

王永泉，王生怀

2016, 37(2): 265-268. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020265

摘要 ( 84 )

PDF(540KB) ( 265 )

：图学课程中相贯线部分内容是教学的重点也是难点。为改变多年来课堂理论教学的
单一模式，提出了一种提高学生自主学习能力的相贯线实践教学法。在运用自主开发的相贯线绘
制仪的基础上，制订了具体的实践教学大纲、计划及考评机制。由实践教学的初步实施表明，在
学习该难点内容时，大大激发了学生学习的积极性和学习兴趣。由于采用了学生自主选题、实物
实操教学，学生对这一难点的理解更为容易，印象也更加深刻。

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900 t 移梁机结构有限元仿真分析

陈士通，崔晨光，李玉安，李义强

2016, 37(2): 269-274. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020269

摘要 ( 106 )

PDF(841KB) ( 361 )

为保证900 t 移梁机的作业安全，利用ANSYS 有限元软件建立移梁机整体空间模
型，基于作业工况进行有限元分析。介绍了900 t 移梁机的结构组成、功能特点和作业工况，提
出了移梁机有限元模型的建模原则与方法。结合各种作业工况进行移梁机有限元仿真分析，得到
不同工况下等效应力和结构变形云图，并将仿真计算结果与试验数据进行了对比分析。结果表明，
利用上述建模原则得到的有限元仿真分析结果与试验数据较为吻合。最后分析了个别有限元结果
与试验数据存在偏差的原因。研究结果可为移梁机的设计制造提供借鉴指导。

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投影平面变换求解空间任意力系的研究

杨梦红，林妹妹，王大伟，许佳平

2016, 37(2): 275-279. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020275

摘要 ( 72 )

PDF(2418KB) ( 192 )

在画法几何中，投影平面变换可以改变空间几何元素相对于投影面的位置，使新投
影更有利于解题。在静力学中，力矢量可以用直线段表示，空间任意力系的平衡问题可转化成直
线之间的图示和图解，文章试图将投影平面变换的优点结合到空间任意力系的平衡求解中，使问
题得到直观地解决。以CAD 为作图工具并以编程为辅，以保证作图的精度和速度，为求解空间
任意力系提供了一种实用有效的方法。

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基于最优子段的矩形优化排样

姜永亮，周俊

2016, 37(2): 280-284. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016020280

摘要 ( 43 )

PDF(425KB) ( 287 )

为有效解决企业实际生产中的矩形优化排样问题，对矩形优化排样算法进行研究，
给出基于最优子段的矩形优化排样算法，有效解决了企业实际生产中的长板矩形优化排样问题。
首先基于动态规划算法求出所有小于剪床刀刃长度的最优子段的最佳排样方式，然后以所求的最
优子段作为可用子段在长板上进行优化排样，并将矩形优化排样问题转化为完全背包问题。最后
基于分支定界技术的整数规划算法对其进行求解。企业应用实例表明该算法在解决长板矩形优化
问题方面优于其他算法。

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