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    前沿探索与综述
    2016年第3期目录
    2016, 37(3): 0. 
    摘要 ( 38 )   PDF(128KB) ( 219 )  
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    图形学与可视化
    双排多段排样方式及其生成算法
    李 华, 崔耀东, 王严欣
    2016, 37(3): 285-289.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030285
    摘要 ( 50 )   PDF(236KB) ( 193 )  
    为解决大规模矩形毛坯无约束的二维剪切排样问题,提出双排多段排样方式及其
    生成算法。排样时采用一条剪切线将板材切分为两段,用一组剪切线将每段切分成一系列的块,
    每个块由一组水平方向的同质条带构成。采用枚举法确定两段分界线的最优位置,通过求解背
    包模型确定所有可能尺寸的块的最大价值和块在段中的最优布局。利用文献中的2 组基准测题
    对所述算法进行测试,实验结果表明,该算法能在合理的计算时间内取得较好的优化结果。
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    基于Kinect 的人脸表情捕捉及动画模拟系统研究
    何钦政, 王运巧
    2016, 37(3): 290-295.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030290
    摘要 ( 104 )   PDF(4905KB) ( 411 )  
    三维人脸表情动画技术是一个具有巨大应用前景和研究意义的学科方向。在研究
    现有表情捕捉和动画合成技术的基础上,提出了一种基于Microsoft Kinect 设备的人脸表情动画
    系统。该系统首先利用Kinect 设备捕捉人脸并提取相关表情参数,同时利用Autodesk Maya 动
    画软件建立对应的人脸三维模型,之后将模型导入到OGRE 动画引擎并把提取的表情参数传递
    给OGRE,渲染生成实时人脸表情动画。实验结果表明该技术方案可行,实时表情动画效果达
    到实际应用水平,相比于现有其他表情动画技术,系统采用通用的Kinect 设备,成本更大众化
    且更容易进行操作。
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    一种基于空间距离的边绑定方法
    杨豪斌, 周 虹
    2016, 37(3): 296-301.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030296
    摘要 ( 64 )   PDF(429KB) ( 288 )  
    :边绑定方法是近年来信息可视化领域的一个研究热点,解决图可视化中由于边的
    过多交叉而引起的视觉混乱问题。在现有的边绑定方法中,基于路径构建的算法通常能够在时
    间和绑定效果上获得较好的结果,其中基于边聚类和骨架构建路径的方法具有良好的数据表达
    能力。在此基础上,提出一种基于空间距离的边绑定的方法,结合边的空间距离和骨架生成的
    特点,在实现边绑定功能的同时针对以往基于骨架路径的方法做了进一步的改进。实验结果表
    明,该方法相比原方法有着更高的时间效率,对数据的细节保留更为合理,消除了原方法存在
    的绑定过度的问题,简化原方法的计算过程,并避免奇异性问题,更为实用。
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    基于IIF 模型的流体表面张力模拟
    董兰芳, 章 恒, 陈骏雄
    2016, 37(3): 302-307.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030302
    摘要 ( 105 )   PDF(558KB) ( 286 )  
    基于光滑粒子动力学(SPH)方法模拟流体时流体表面张力的作用在固液、气液交界
    处不可忽视,其影响模拟的准确性和视觉真实感。目前已有的表面张力模型如连续表面力(CSF)
    模型、粒子间相互作用力(IIF)模型都存在各自的缺陷。针对IIF 模型模拟表面张力时所产生的
    粒子非物理聚集、流体表面形状不规则等现象,采用基于类Lennard-Jones 势函数的分子间聚斥
    力对表面张力建模,并定义了基于法向差的SPH 张力修正项以解决IIF 模型不能保证流体表面
    面积最小化问题。实验结果表明,该方法能够稳定和正确地模拟两相交界处的表面张力的效果。
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    基于GIS 的高架道路交通噪声环评可视化
    吴培宁, 周百顺, 周淑秋
    2016, 37(3): 308-315.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030308
    摘要 ( 64 )   PDF(541KB) ( 284 )  
    针对基于地理信息系统(GIS)的评价区域交通噪声环评可视化问题,引入了基于切 割单元法的评价区域网格生成算法,分别提出了基于道路中心线段集的评价区域边界生成方法 和基于声照区的网格自适应加密与稀疏算法,实现了复杂评价区域内非结构化网格的生成。在 此基础上提出了适应于区域计算的等效声级计算模型,实现了环评计算结果的可视化显示。通 过一个高架高速公路的实例,验证了该方法的准确性与有效性。
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    基于对称性的颌骨复位方法研究及应用
    罗月童,徐冰清,薛 浩,石放放,张 伟,丁 胜
    2016, 37(3): 316-321.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030316
    摘要 ( 53 )   PDF(1921KB) ( 239 )  
    针对严重错位骨折的颌骨复位口腔外科手术,提出一种帮助医生进行术前规划和准备的破损颌骨复位方法。首先使用移动立方体(MC)算法从患者CT 图像中提取颌骨的面片模型;然后结合图割算法、形状直径函数(SDF)描述子和混合高斯模型的交互式分割方法,允许医生通过简单的勾画快速分割出破损骨块;最后基于颌骨的对称性特性自动完成破损骨块复位。通过破损骨块复位完成颌骨模型重构,能完整保留对医生非常重要的骨折线信息。该方法已应用于自主开发的计算机辅助破损颌骨复位系统,并使用安徽医科大学附属医院的患者数据进行了测试,结果表明了该方法的有效性。
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    基于减法聚类的网格霍夫变换
    梁勇强, 赵 军, 蒙峭缘
    2016, 37(3): 322-328.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030322
    摘要 ( 72 )   PDF(2333KB) ( 237 )  
    为了解决网格霍夫变换因人工设置投票参数不当造成的直线漏检和形成伪直线的问题,提出一种基于减法聚类的无投票参数的网格霍夫变换。首先采用两阶段单调扫描方法提取尽量长的直线单元,然后利用直线单元在数量上长的少、短的多的特点自动确定参与投票的直线单元集合,最后利用减法聚类实现直线单元的容错投票。实验结果表明该算法不但执行速度快,而且无需人工设置投票参数,配合减法聚类的容错投票,较好地避免了因人工设置投票参数不当造成的直线漏检和形成伪直线的问题。
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    几何设计与计算
    基于全正基的三次均匀B 样条曲线的扩展
    严兰兰, 韩旭里
    2016, 37(3): 329-336.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030329
    摘要 ( 55 )   PDF(335KB) ( 178 )  
    为了构造具有保形性的三次均匀B 样条扩展曲线,首先运用拟扩展切比雪夫空间的理论框架证明现有文献中的三次Bézier 曲线的扩展基,简称λ-Bézier 基,恰为相应空间的规范B 基。然后用λ -Bézier 基的线性组合来表示三次均匀B 样条曲线的扩展基,根据预设的曲线性质反推扩展基的性质,进而求出线性组合的系数。扩展基可表示成λ-Bézier 基与一个转换矩阵的乘积,证明了转换矩阵的全正性及扩展基的全正性。由扩展基定义了基于3 点分段的曲线,分析了曲线的性质,扩展基的全正性决定了曲线可以较好的模拟控制多边形的形态。简要介绍了由扩展基定义的基于16 点分片的曲面。
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    基于价值修正的圆片下料顺序启发式算法
    胡 钢,杨 瑞,潘立武
    2016, 37(3): 337-341.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030337
    摘要 ( 57 )   PDF(429KB) ( 218 )  
    讨论圆片剪冲下料方案的设计问题。下料方案由一组排样方式组成。首先构造一种生成圆片条带最优四块排样方式的背包算法,然后采用基于价值修正的顺序启发式算法迭代调用上述背包算法,每次都根据生产成本最小的原则改善目标函数并修正各种圆片的当前价值,按照当前价值生成一个新的排样方式,最后选择最优的一组排样方式组成下料方案。采用文献中的基准测题将文中下料算法与文献中T 型下料算法和启发式下料算法分别进行比较。实验计算结果表明,该算法的材料利用率比T 型下料算法和启发式下料算法分别高0.83%和3.63%,且计算时间在实际应用中合理。
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    一种改进的B 样条翼型参数化方法
    张 骥,朱春钢,冯仁忠,刘明明,张恒洋
    2016, 37(3): 342-348.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030342
    摘要 ( 85 )   PDF(423KB) ( 337 )  
    翼型设计是空气动力学研究的一项重要内容,翼型的参数化结果将影响翼型的优化设计。为了减少翼型优化中的设计变量,保证优化结果的光滑性与C2 连续,在优化过程中控制翼型几何特性的变化范围,提出了一种改进的B 样条参数化方法。用一条三次非均匀B 样条曲线表示翼型,翼型数据的参数化过程中主要运用了B 样条曲线拟合算法,并且在一般的B 样条曲线拟合算法的基础上加入了对曲线的法向约束,通过迭代得到最终的参数化结果。实验结果表明,该方法可以很好的拟合典型的翼型数据,得到的翼型参数化结果不仅光滑,满足C2 条件,而且所得翼型函数的参数个数比传统的参数化方法有了进一步的减少,更有利于之后翼型的优化设计。
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    两空间三角形的退化关系研究
    于海燕,余沛文,张 帅,何援军
    2016, 37(3): 349-354.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030349
    摘要 ( 70 )   PDF(295KB) ( 207 )  
    通过对两空间三角形关系的分类,讨论了几何退化对几何计算的稳健性的影响力。解决一个问题的第一步是描述这个问题,空间几何退化的完整表述是稳健几何计算算法的设计、改进以及测试的重要基础和保障。首次对空间三角形对的退化进行了深入的研究、全面的梳理。基于投影降维原理,抽取繁杂的空间两三角形关系的规律,分离出完整的空间三角形对的退化样本模型。基本策略是建立计算坐标系,通过投影降维,将空间三角形对的位置关系变成一个固定,只有一个变化的平面位置关系。以相离、接触、相交、内含的线索改变另一三角形的位置和大小,分类出空间三角形对的位置关系,检索出两者的所有退化状态。该方法可以推广到其他三维几何间的退化状态分类和几何计算算法的稳健性设计中。
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    三维矩形布局吸引子性质的研究
    王金敏
    2016, 37(3): 355-358.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030355
    摘要 ( 50 )   PDF(197KB) ( 170 )  
    吸引子法作为一种量化的定位规则,在解决三维布局问题时取得了较好的效果。 对解决三维矩形布局问题的吸引子法进行了研究,获得了吸引子法的一些基本性质,如最佳布 入点、吸引子法的趋角性、隐性吸引子的“唯一”性以及位置的“动态性”等,有利于吸引子法在 三维矩形布局求解中得到更好地运用。
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    一种散乱分层点云的有序化精简方法
    解则晓, 刘静晓, 潘成成, 张梦泽
    2016, 37(3): 359-366.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030359
    摘要 ( 63 )   PDF(967KB) ( 341 )  
    针对激光扫描仪所得点云散乱分层的特点,提出一种有序化的精简方法。首先基 于已知标记点建立三维R-tree 和八叉树集成的空间索引,快速准确地获取局部点云数据,保证 良好的数据检索效率。然后根据局部点云数据的参考平面法向量信息,选取工件坐标系中的一 个坐标轴作为参数化的方向,对局部点云数据进行参数化并拟合二次曲面。最后对R-tree 叶节 点内的二次曲面进行有序化采样,使散乱分层的点云变为单层,得到整个型面的有序参考点集。 应用实例表明,该方法适用于大规模的、具有复杂几何特征且存在一定程度散乱分层的点云, 可以有效地提高数据点的整体精确度,且不会丢失点云的细节特征,具有较强的实用性。
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    数字化设计
    骨组织支架的计算机辅助设计方法综述
    姚亚洲, 谢劲松, 范树迁
    2016, 37(3): 367-376.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030367
    摘要 ( 93 )   PDF(1588KB) ( 269 )  
    随着先进的计算机辅助设计和增材制造技术的快速发展,使得制造具有复杂几何结构的骨组织支架成为可能。根据骨组织支架功能设计要求,从几何形态的角度出发将其结构分为规则性多孔结构和不规则多孔结构两大类,并综述了骨组织支架的设计方法,特别强调了两种适合增材制造的设计方法,即三周期极小曲面(TPMS)和拓扑优化。针对骨组织支架结构设计面临的技术挑战,展望了骨组织支架设计方法的可能发展趋势。
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    基于有限元网格划分的城市道路网建模
    王 元, 刘 华, 李 航
    2016, 37(3): 377-385.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030377
    摘要 ( 134 )   PDF(5470KB) ( 360 )  
    从城市功能分区出发,提出利用有限元网格划分思想,结合城市各分区中的道路 特点对城市区域进行剖分,形成城市的支路网。根据城市规划知识中对各等级道路的性质及道 路间距,从已生成支路网中定义并提取出城市主干路和次干路,最后完成对城市各等级道路网 的过程式建模研究工作。该方法将城市路网的分级建模与城市土地利用、功能分区和各等级路 网性质结合,使之形成的城市道路网更符合实际城市规划中对道路网的要求。
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    基于自定义特征的飞机结构件智能检测规划技术
    曾德标, 万世明, 彭江涛, 李迎光, 郑国磊
    2016, 37(3): 386-393.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030386
    摘要 ( 69 )   PDF(862KB) ( 232 )  
    飞机结构件常用坐标测量机检测形状特征的加工质量。为了满足飞机结构件需要检测复杂形状特征以及便于拓展形状特征检测范围的迫切需求,研究了独立于形状特征类型的特征定义框架及统一的特征识别算法;提出了检测知识驱动的测量点智能分布方法;设计了结合聚类和改进模拟退火算法的测量方向优化算法;实现了基于自定义特征及检测知识的智能检测规划。该技术已在多个重大航空产品的研制中得到应用,显著提升了飞机结构件检测规划的效率和智能化水平。
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    基于QFD 的产品两次创新设计方法
    周小军, 杨 勤
    2016, 37(3): 394-399.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030394
    摘要 ( 85 )   PDF(879KB) ( 229 )  
    :面对激烈的市场行业竞争,产品应当满足用户需求且具有应用创新性的状况,基于对 用户需求和影响两次创新的主要因素的分析,提出了基于质量功能展开理论(QFD)的产品两级创新 设计方法。该设计方法通发掘用户对目标产品的需求,运用QFD 分析顾客需求并结合两创新级用 户因素,建立基于QFD 的产品创新设计模型和实现步骤,从而准确地得到相应的技术解决途径和 方案。并在此方法上通过电动滑板车的设计实例,验证该设计方法和流程的实用性和科学性。
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    斜面矢量汉字CAD/CAM 研究与应用
    刘纪凯, 赵庆志, 张林华, 张兴武, 王宏甲
    2016, 37(3): 400-404.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030400
    摘要 ( 69 )   PDF(7450KB) ( 78 )  
    提出了一种斜面矢量汉字的雕刻方法。根据相关文献总结出水平面上汉字雕刻流 程,再结合空间坐标旋转矩阵与C3 连续的空间七次Bezier 拟合曲线得出斜面上汉字雕刻的流 程。引入OpenGL,实现图形的任意旋转、缩放、平移,增强人机交互。实验结果表明,该方 法编写的软件界面友好,具有很好的健壮性,生成的数控代码在数控机床上运行稳定,达到了 预期的效果,提高了斜面汉字的加工效率,降低了加工误差。
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    基于Euler-Bernoulli 梁理论的微车轴管长度匹配性研究
    黄丰云,朱建国,周子寒,石磊
    2016, 37(3): 405-409.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030405
    摘要 ( 69 )   PDF(331KB) ( 202 )  
    以某微车传动轴为研究对象,采用Euler-Bernoulli 梁理论分别建立了单根轴管长度系列与不同轴管长度匹配系列的运动微分方程,并计算出其对应的弯曲固有圆频率及一阶临界转速。经计算,研究车型传动轴最高工作转速均低于对应一阶临界转速,可避免发生共振。为了研究确定动力学性能最优的轴管长度匹配,构建了五组传动轴样机模型,对模型进行动力学分析,为轴管长度匹配研究提供理论依据和仿真参考。
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    基于眼镜作用区域的头部形态参数研究
    张嘉欣, 管少平, 李哲林, 张晓民, 姜立军, 余光正
    2016, 37(3): 410-416.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030410
    摘要 ( 101 )   PDF(4552KB) ( 252 )  
    基于国内三维头型数据缺乏造成的眼镜设计多以西方头型为蓝本、头部形态差异使中国人难以配到合适的眼镜的问题,以136 名长期佩戴眼镜者的访谈结果为基础,将广东青少年三维头型数据与西方平均头型KEMAR 作比较和分析,发现镜腿轮廓线的形态差异、耳根轮廓线、脸部区域鼻部形态特征和瞳距的差异分别对镜腿形状、耳曲、鼻托和镜框宽度设计产生影响。最后,提出眼镜设计的修正方式,为中国的眼镜设计提供参考。
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    视觉与图像
    基于NSCT 的自适应乘性水印局部最优非线性盲检测算法
    叶建兵, 张文彬
    2016, 37(3): 417-427.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030417
    摘要 ( 63 )   PDF(796KB) ( 221 )  
    图像水印算法研究是多媒体技术领域中的重要议题。比较并结合当前两类主流的 图像水印算法,提出了一种基于非下采样Contourlet 变换的自适应乘性水印算法。借鉴Barni 的“pixel-wise masking”模型和冗余小波域掩盖效应建模的做法,建立非下采样Contourlet 变换域 掩盖效应计算模型。用广义高斯分布模型和Cauchy 分布模型描述非下采样Contourlet 变换系数 的统计特性,将水印的检测问题表述为一个复合假设检验。通过理论推导分别建立了乘性水印 的两种局部最优非线性盲检测器及检测门限的自适应确定方法。实验结果表明,非下采样 Contourlet 变换域掩盖效应计算模型使得水印嵌入算法具有良好的视觉不可见性,两种检测器在 无原始图像和自适应嵌入强度系数参与检测的情况下均能准确地检测到水印信息的存在。实验 结果同时显示,基于Cauchy 分布的盲检测器在检测效果和检测时间方面优于基于广义高斯分 布的盲检测器。
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    基于分割区域及特征相似度的玉米田遥感图像分类方法
    王肖霞, 杨风暴, 梁若飞, 冯裴裴
    2016, 37(3): 428-433.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030428
    摘要 ( 79 )   PDF(4104KB) ( 215 )  
    针对遥感图像中玉米田目标光谱复杂,同物异谱现象严重导致分类结果差的问题, 提出一种基于分割区域及特征相似度的玉米田遥感图像分类方法。首先利用主成分分析法(PCA) 对多光谱和高分辨全色融合图像进行第一主成分提取,以获得包含丰富图像信息的单色图像I; 对I 进行分水岭分割,得到一幅过分割目标区域图;构建由纹理、亮度及轮廓特征相似度组成 的特征组;最后基于随机森林原理,利用构建的特征组对玉米目标进行提取。用高分一号卫星 数据进行实验,并与支持向量机方法(SVM)、神经网络算法和最大似然算法进行了比较分析, 实验表明,该方法的分类精度优于其他算法。
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    基于频谱边缘检测和Radon 变换估计运动模糊图像的方向
    加春燕, 崔 丽
    2016, 37(3): 434-438.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030434
    摘要 ( 79 )   PDF(1589KB) ( 441 )  
    为了准确估计运动模糊图像的方向,在理论推导部分,以定积分、Fourier 变换和 Sinc 函数的性质为依据,得出了运动模糊方向、图像尺寸和频谱图像平行条纹方向三者的关系。在算法优化部分,系统分析了Radon 变换法、Gabor 变换法和频谱分块法的原理和不足,并提出了基于频谱边缘检测和Radon 变换的改进算法。在数值实验部分,编写Matlab 程序对几种方法进行了测试和比较,结果表明,该方法的估计精度最高,更适用于估计运动模糊图像的方向。
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    BIM应用与研究
    基于BIM 和挣值法的地铁车站5D 应用探讨
    常建梅, 冯怀平
    2016, 37(3): 439-442.  DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016030439
    摘要 ( 237 )   PDF(464KB) ( 312 )  
    目前地铁工程在我国发展迅速,许多大中城市有建设地铁的需求。地铁工程成本 大、工期紧,优化进度和成本联合管理是非常必要的。BIM 技术由于其特有的优势,其在工程 项目中得到不断的研究和应用。但目前在地铁工程中,BIM 主要应用于模型建立、检查碰撞、 施工模拟等方面,在其他方面的应用研究还较少,并且各方面的应用相互独立。基于BIM 技术, 根据进度-成本的综合管理方法——挣值管理方法对某地铁车站工程进行3D+进度+成本的综合 施工管理应用,实现了施工过程的可视化管理以及进度和成本的跟踪管理,评估项目的实际实 施情况并及时调整,为计划的完成提供保障。拓展了BIM 技术在地铁工程中的应用,尝试了 BIM 技术在地铁工程中的综合管理应用。
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