图学学报

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2016年第6期

2016, 37(6): 0.

摘要 ( 73 )

PDF(218KB) ( 125 )

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图学与几何

何援军

2016, 37(6): 741. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060741

摘要 ( 191 )

PDF(1237KB) ( 255 )

：本文讨论图学与几何的关系。从形是图之源、图形/图像的本质是几何这个基本认
识出发，指出图的产生、表示、处理与传播过程都是在处理几何的定义、变换与其间关系，因
此图与图学的基础是几何，图学计算的基础是几何计算。基于图学与计算的内涵分析，剖析了
图形计算的本质、矛盾和关键技术。讨论了代数与几何在图学计算中各自的作用与利弊，强调
人在算法设计中的主导地位。指出生成一幅图或构建一个模型的主要工作不是决定构成该图或
模型的元素本身，而在于找出元素之间的相互关系。针对图形图像已经成为计算的主要对象与
结果表述，介绍了一种基于几何的形计算机制，弥补常规数计算的不足，追求“形思考、数计算”
的几何计算新模式。

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基于体素构造和遗传算法的三维模型检索

白柳1，宋超超2

2016, 37(6): 754. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060754

摘要 ( 96 )

PDF(1115KB) ( 241 )

以体素构造三维模型原理为基础，阐述了体素的几何信息和体素间的拓扑关系及基
准问题，建立了三维模型特征提取函数，并对其旋转、平移和尺寸变化进行了经典不变矩处理，
提出了一种基于体素构造和遗传算法的三维模型检索方法。该方法通过对遗传信息编码，以及迭
代中的遗传信息交叉与变异，减小了检索区域的收敛速度，提高了检索准确率和检索速度。

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基于E/HOQ/TRIZ 的人机产品创新方法研究

张芳兰，史慧君，陈国强

2016, 37(6): 759. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060759

摘要 ( 73 )

PDF(2645KB) ( 218 )

为了快速准确地进行设计阶段的人机产品创新，开发了E/HOQ/TRIZ 集成模型并
描述了具体步骤，提出了基于人体工程学(E)的人机用户需求三维分类的需求获取方式；通过质
量屋(HOQ)确立人机设计关键问题与关键人机设计区域；利用发明问题解决理论(TRIZ)分析人
机设计关键问题中的冲突类型，借助TRIZ 发明原理消除冲突。E/HOQ/TRIZ 集成模型有效弥补
了单一设计理论与方法的局限性，并发挥三种理论与方法的优势，实现人机产品创新设计。通
过人机洗浴设施创新设计，论证了所提出E/HOQ/TRIZ 集成模型与方法的可行性。

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移动终端用户交互行为的情感预测方法研究

平正强，吕健，潘伟杰，刘征宏

2016, 37(6): 765. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060765

摘要 ( 87 )

PDF(4997KB) ( 283 )

交互设计中用户的情感体验关系到设计的成功与否，对用户情感的研究一直是交
互设计的研究热点。人在与移动终端交互的过程中会产生情感，由于该情感具有主观性，很难
对其进行客观衡量。为此提出一种利用眼动指标和PAD 情感量表进行情感预测的方法，选择中
文版PAD 情感量表作为情感测量的工具，通过偏最小二乘回归分析建立眼动指标和PAD 情感
值的数学模型，进行实验设计。实验结果表明该数学模型能较为准确的进行情感预测。

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基于产品特征解构的多维感知信息模型构建

范灵秀，潘伟杰，刘征宏，吕健

2016, 37(6): 771. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060771

摘要 ( 89 )

PDF(1313KB) ( 275 )

基于现有一维感性工学模型难以充分表达用户对产品的感知信息，提出基于产品特
征解构的多维感知信息模型构建方法。首先运用产品特征解构方法构建产品多维造型特征空间和
情感意象认知空间；其次结合相似度理论、多维尺度法和K-mean 聚类分析量化意象词汇，提取
代表性情感维度；之后运用主成分分析判定多维造型特征中的主要影响因子；最后运用多元线性
回归构建出多维变量表达的KE 模型。以微波炉为例，验证了该方法的可行性，结果表明该方法
能有效指导产品的精准化设计。

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基于平面棋盘格标定板的三维空间标定新方法

王向东，董琦奇

2016, 37(6): 778. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060778

摘要 ( 122 )

PDF(10000KB) ( 199 )

在总结分析国内外摄像机标定技术研究的基础上，针对体育科研中使用三维立体
框架进行摄像机标定在标定范围、误差、便携性及时效性等方面存在的不足，提出了使用平面
棋盘格标定板进行三维空间标定的新方法。选取了5 m、10 m 和30 m 的拍摄距离，标定参照
物选用传统三维辐射式立体框架和自制二维平面棋盘格标定板，对标准1 m 长度的比例尺进行
三维重建，对两种标定方法进行了精度比较。此外还对标准1 m 板在测量空间的不同位置（测
量画面中间、边缘）进行了误差分布分析。实验结果表明，基于平面棋盘格标定板的摄像机空
间标定方法具有一定的优势，不论从使用方便性还是测量精度方面都克服了三维立体框架在使
用中的不足，理论上能够满足体育科研的需求。

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单视未标定图像的正交灭点检测算法

储珺，肖旭，梁辰

2016, 37(6): 783. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060783

摘要 ( 128 )

PDF(2030KB) ( 271 )

传统方法只能计算标定图像的正交灭点，同时没有考虑图像直线检测结果的误差、
直线的长度以及候选灭点与约束直线之间的位置关系对灭点检测精度的影响。针对此类问题，
提出了一种针对单视未标定图像的正交灭点检测方法。首先利用J-Linkage 完成灭点的初始化估
计，得到假设灭点集合；然后根据假设灭点与图像直线之间的一致性约束、图像直线的长度，
基于投票机制先得到精确的垂直方向灭点；后利用灭点、灭线的定义和性质，计算得到图像相
机参数；根据正交灭点的特性，得到准确的水平方向和纵深方向的灭点。因引入了一种新的假
设灭点和图像直线之间的一致性度量方法，正交灭点检测精度不受直线检测结果的误差、直线
的长度以及候选灭点与约束直线之间的位置关系的影响，在未知图像相机参数的情况下能精准
的得到三个正交灭点信息。正交灭点检测方法在室内场景下可以得到更加精确的检测结果。

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一种火车轮轨相对垂向位移视频检测系统

马增强，柳晓云，钟莎

2016, 37(6): 799. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060799

摘要 ( 122 )

PDF(1137KB) ( 209 )

机车轮轨之间的相对位移是轮轨接触状态最直接的反映，为了监测列车运行的状态
及完善运行安全性机理，传统方法是采用基于传感器的接触式测量。针对其存在动态测量困难、
零漂大和抗干扰能力差等缺点，设计了一种火车轮轨相对垂向位移视频检测系统。该系统将相机
垂直安装在转向架上，激光源也安装在转向架上并使激光照到轨道上，利用相机、激光源和转向
架三者保持相对静止的特点，通过激光点在轨道图像中的纵坐标变化来测量轮轨的相对垂直位
移。最后，在无砟和有砟轨道两种不同条件下实现了机车轮轨相对垂向位移检测、数据显示和存
储。实验结果表明，该系统不仅能显示轮轨相对垂向位移，而且对检测环境有较强的适应性，这
对进一步探索和评价机车运行安全性机理有着重要的意义。

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鱼眼图像径向畸变校正的一种新方法

师平

2016, 37(6): 805. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060805

摘要 ( 99 )

PDF(1699KB) ( 249 )

由于鱼眼相机视场广阔在很多领域都得到了广泛应用，但其图像存在着明显的径向
畸变，需要在应用之前加以校正。为此分析了径向畸变模型解析解的非唯一性；根据径向畸变的
对称性，得出了畸变直线与理想直线之间的关系，即畸变校正的解析表达式；提出了一种鱼眼图
像径向畸变校正的新方法。实验证明，该方法计算简单，能有效校正包含直线特征的场景。

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轨道交通信息模型系统的研发及其在广州地铁中的应用

张伟忠1，王玮2，陈前3，梁焘1，张锐2，王珩玮3

2016, 37(6): 810. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060810

摘要 ( 238 )

PDF(4023KB) ( 390 )

为了实现广州地铁新线建设的施工管理和数字化移交需求，将4D 施工管理理念
引入到轨道交通工程建设中，通过研究多种主流建模软件成果兼容性以及信息集成技术，采用
多平台信息管理模式，建立基于建筑信息模型(BIM)的轨道交通4D 技术应用架构和信息模型结
构，开发了“轨道交通信息模型管理系统”，并应用于广佛线鹤洞站实际施工管理。该系统实现
了基于二维码的机电设备过程信息管理、基于3D 模型的“按图钉”质量安全管理以及以派工单
为核心的进度管理。同时，为了更好推动系统的落地应用，编写了BIM 标准应用指南。本系统
的应用表明：该研究有助于实现项目参与方信息共享、多专业协同、缩短施工工期、降低运维
成本，提高了地铁建设过程中施工效率以及信息化管理水平。

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基于BIM 的建筑消防安全管理应用框架研究

陈远，任荣

2016, 37(6): 816. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060816

摘要 ( 143 )

PDF(1182KB) ( 453 )

随着我国城市化步伐的加快，城市火灾的发生呈上升趋势，火灾防治的难度不断
加大，对防火设计和消防安全管理的要求不断提高。近年来建筑信息模型(BIM)技术的不断发
展，为建筑消防设计和消防安全管理提供了新的思路和方法。研究探讨了基于BIM 的建筑消防
安全管理的应用框架，包含基于BIM 的建筑消防设计子模型、基于BIM 的消防预案管理子模
型和基于BIM 的智能消防系统子模型。通过实际工程的案例分析，验证了BIM 技术在建筑消
防安全管理中的实现和应用价值，为建筑消防安全管理的改进提供了参考和技术支持。

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基于Revit 的古建筑构件信息模型研究

王茹，朱旭，黄鑫

2016, 37(6): 822. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060822

摘要 ( 81 )

PDF(622KB) ( 279 )

针对古建筑信息管理散乱、信息缺失、信息无法共享、缺少信息标准等问题，建立
了古建筑信息模型，实现信息的有效管理。首先分析古建筑全生命周期信息，然后标准化古建筑
信息，最后建立古建筑构件的信息模型。实验表明该方法能够显著提高信息管理与利用效率。

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基于BIM 的建筑工程制图教学体系构建

缪盾

2016, 37(6): 826. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060826

摘要 ( 170 )

PDF(2882KB) ( 267 )

随着建筑信息模型(BIM)时代的到来，以三维建模为载体的设计与绘图对传统制图
教育产生了较大影响。基于BIM 建模探讨了建筑工程制图教学新体系构建，突破单一的平面化
的绘图思维，在虚拟空间中进行仿真模型搭建，还原设计意图，将工程图的学习与实践和建模
过程统一，增强学生空间思维能力，体味设计、创造、创新的乐趣。

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基于Android 平台的工程图学助教助学系统研究与实现

邱龙辉

2016, 37(6): 831. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060831

摘要 ( 77 )

PDF(5751KB) ( 239 )

针对空间想象能力培养的教学需要，对基于Android 平台的工程图学助教助学系统
进行了研究。根据教与学的需要，确定了系统功能，设计了软件的框架结构。分析研究了移动设
备的系统平台，选择了系统的开发及运行平台。通过分析Android 框架中OpenGL ES 的设计接口，
实现了模型的轴测显示模式。通过分析OpenGL ES 中glDrawElements 方法的数据需求和VRML97
的数据格式，设计了虚拟模型加载器，实现了Android 系统中的VRML 模型3D 浏览器。开发了
软件的核心功能模块，设计实现了基于Android 平台的工程图学助教助学系统。该系统因其创新
性和实用性，在2014 年第十四届全国多媒体课件大赛中荣获一等奖。

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基于WebGL 的工程制图网络虚拟模型库的开发

李兴田，张丽萍

2016, 37(6): 836. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060836

摘要 ( 97 )

PDF(3101KB) ( 330 )

以AutoCAD 为建模工具，对工程制图中的组合体进行建模，通过分析其STL 格式
的导出文件，利用WebGL 技术实现了模型数据文件的解析读取、着色器程序的编制和鼠标交互
处理程序的添加，研究开发了运行于浏览器的工程制图模型库。该模型库模型丰富、交互友好，
实现了服务器端一次部署，客户端随处浏览，方便了教师课堂教学，培养了学生的空间想象力，
提高了学习效率，为虚拟模型库的研发提供了思路。

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农业类院校工程技能通识训练的改革和实践#br# ——以华南农业大学为例

陈海波1，周世华2，陶冶1，郑丁科1

2016, 37(6): 842. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060842

摘要 ( 89 )

PDF(282KB) ( 178 )

通识教育既是大学教育的一种理念，也是人才培养的一种模式。工程技能通识训练
课程作为全校性的通识教育课程，是培养学生工程意识、提升学生工程素质的重要途径。以华南
农业大学工程技能通识课程的教学改革与实践为例，通过分析课程教学目标、内容体系、教学模
式以及教学条件等教学要素中存在的问题，基于21 世纪农业类院校人才培养要求、对各教学要
素提出了一些改革的方向和举措，总结了改革后教学模式在实践中的应用效果和成绩，建立一种
适合农业类院校的、具有时代特色的工程技能通识训练教学模式。

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基于信息技术的工程图学课程混合式学习模式的设计与实践

阮春红，黄其柏，黄金国，张俐，李喜秋

2016, 37(6): 846. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060846

摘要 ( 73 )

PDF(415KB) ( 256 )

如何利用信息技术，建设和利用优质教育资源，变革高等学校课堂教学模式，提高
课堂教学质量，值得每个教育者展开深入研究。为此，分析工程图学课程的主要知识点，根据知
识点的类型及特点，设计工程图学课程混合式学习模式，并进行两轮实践，同时与传统学习模式
的学生学习情况进行对比，混合式学习模式不仅可以完成教学计划，同时提高了学生的学习效率
和自主学习能力，取得了理想的教学效果。

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可拓集成模式的工程图学试题库组卷方法研究

李瑞森，张树有，伊国栋，谭建荣

2016, 37(6): 851. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060851

摘要 ( 69 )

PDF(879KB) ( 192 )

工程图学试题库具有功能需求多样化、专业类别差异化、试题形式图形化等特点，
为了更好满足工程图学课程考试与评价需求，提出一种可拓集成模式的工程图学试题库构建与组
卷方法。在分析工程图学试题组卷需求的基础上，规划了工程图学试题库组卷系统体系架构，构
建了可拓展的工程图学试题库，研究了集成模式的试题库组卷方法，并开发了相应的工程图学试
题库组卷系统。

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基于VR 技术的工程图学移动学习系统

刘伟，杜强，张顺心，张建军

2016, 37(6): 857. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060857

摘要 ( 107 )

PDF(4668KB) ( 328 )

基于虚拟现实(VR)技术，利用JPCT-AE 三维引擎、3DsMAX 以及 OpenGL ES 2.0
等工具，开发出应用于Android 平台移动终端的工程图学移动学习系统，详细描述了系统的底
层结构、功能及技术开发方案。针对工程图学课程的认知规律开发了分屏功能，使多媒体影音
讲解与立体虚拟模型同屏展示，同时实现了对虚拟模型的交互控制。

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基于变分模态分解改进方法的滚动轴承故障特征提取

高红玮1，张丽荣2，侯少杰1

2016, 37(6): 862. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2016060862

摘要 ( 106 )

PDF(1278KB) ( 206 )

针对滚动轴承早期故障振动信号信噪比低、故障特征提取困难的问题，提出了基
于多相关-变分模态分解(MC-VMD)的滚动轴承故障诊断方法。首先对多加速度传感器采集到的
信号进行多相关处理以突出故障信号特征；然后通过VMD 自适应地将信号分解成多个本征模
态分量(IMFs)，运用谱峭度法和包络解调对相关峭度较大的分量进行分析；最后通过包络谱识
别出滚动轴承的工作状态和故障类型。将该方法应用到滚动轴承故障实例数据中，实验结果表
明，该方法可有效提取滚动轴承故障特征频率信息。

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