图学学报

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2017年第1期目次

2017, 38(1): 0.

摘要 ( 63 )

PDF(242KB) ( 91 )

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视锥体裁剪几何算法研究

于海燕1，张帅1，余沛文1，何援军2

2017, 38(1): 1-4. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010001

摘要 ( 193 )

PDF(296KB) ( 281 )

从几何角度出发，以投影理论为指导，设计了一种降维投影的视锥体裁剪几何算法。
基本思想是基于视锥体构建计算坐标系，在计算坐标系下，向两个投影平面做正投影。空间中被
裁剪线段与视锥体的位置关系被简化为投影平面内线段与等腰梯形的关系。这种几何化的降维方
法有利于解决空间几何奇异问题。构建了空间视锥体裁剪中线段与视锥体的各种位置关系的测试
样本，特别是78 种处于几何奇异状态的位置关系，用于综合评估算法的速度和稳定性。用C 语
言在VC++平台上分别实现了投影降维的视锥体裁剪几何算法、经典的Liang-Barsky 算法和与6
个面分别求交的一般算法。在定性分析基础上，利用测试样本对3 种算法做了计算速度与稳定性
方面的测试对比。

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圆形件下料顺序分组启发式算法的设计与实现

陈燕1,2，谢琪琦1，刘咏1，崔耀东1

2017, 38(1): 5-9. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010005

摘要 ( 105 )

PDF(549KB) ( 204 )

针对特殊应用背景下的小批量圆形件下料问题，在顺序启发式过程的基础上，引入
分组的思想，提出基于分组选择策略的顺序分组启发式算法，并将顺序分组启发式算法与递推算
法相结合生成一种最优的下料方案。实验结果表明，该算法计算时间合理，并能有效提高平均材
料利用率，具有现实性的指导意义。

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考虑余料价值的三阶段二维剪切下料算法

陈秋莲，宋仁坤，崔耀东

2017, 38(1): 10-14. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010010

摘要 ( 141 )

PDF(438KB) ( 248 )

余料再利用是企业降低成本、减少环境污染的一个重要途径。在二维剪切下料问题
中考虑余料的二次利用价值，采用束搜索优化材料利用率高、加工复杂度低的三阶段同质排样方
式。束搜索节点既考虑板材中排入的毛坯价值，又考虑余料的二次利用价值，较好地兼顾当前生
产周期的下料成本和余料在未来周期中的可用性。演示了排样方式的优化排样过程，给出了考虑
余料价值的排样方案与已有文献算法的对比，说明文中算法可有效节省板材成本、生成可用标准
余料。

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改进的概率迭代最近点配准算法

赵夫群1,2，周明全2,3

2017, 38(1): 15-22. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010015

摘要 ( 137 )

PDF(542KB) ( 232 )

针对迭代最近点算法中存在的收敛速度较慢和噪声引起的配准效果不佳的问题，提
出一种基于期望最大化估计的噪声点云配准算法，即改进的概率迭代最近点算法。首先，建立两
个点云集合之间的一一对应关系，以提高算法的配准精度；然后，将高斯模型引入到ICP 算法中，
采用奇异值分解的方法解决刚体变换问题，并在刚体变换过程中加入动态迭代系数，在不影响配
准精度和迭代方向的情况下，在下次迭代中更快速地寻找到最近点，以此减少迭代次数、提高收
敛速度，实现两个带有噪声点云的精确配准。实验表明，该算法是一种精度高、速度快的点云配
准算法，能有效地避免噪声和外点的干扰。

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一种快速实现地形图三维实体建模方法

王大志

2017, 38(1): 23-27. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010023

摘要 ( 131 )

PDF(418KB) ( 339 )

基于AutoCAD 平台的地形图三维实体建模对现阶段土石方工程精确算量、三维可
视化设计非常重要。一般建模过程为利用二维多段线或者三维多段线建立地形图三维网面，然后
拉伸成三维实体，在此过程中，易产生20%~25%退化的不支持拉伸的对象，这些对象需重新手
动建立三角网面域，然后才能拉伸成实体，严重影响建模速度。采用ObjectARX 二次开发技术，
直接通过坐标变换，利用等高线数据，调用“boundary”函数来生成不规则三角网面域，然后建立
扫掠、放样建模接口函数，沿Z 轴对三角网面域进行拉伸形成立体，快速实现了地形图三维实体
建模。

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基于Tekscan 压力测量的浴缸曲面优化设计

李哲林，姜立军，黄玉润，熊志勇

2017, 38(1): 28-33. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010028

摘要 ( 98 )

PDF(1392KB) ( 320 )

浴缸逐步成为家居中使用广泛的卫浴产品。由于用户身高和体重的差异化，缸体内
曲面形状设计不合理会导致用户使用该产品的舒适度不高。以设计适合我国成年人使用的浴缸为
目标，将压强和接触面积作为舒适度评价指标，根据我国成年男性和女性的P5、P50、P95 百分位
人体尺寸优化缸体曲面。采用Tekscan 仪器测量用户施加在缸体曲面上的压强和接触面积，通过
对10 名测试者使用原曲面和优化后曲面的测量数据分析，表明优化后曲面的峰值压强降低到
58.4%~87.3%，平均压强降低到83.6%~99.4%，接触面积提高到1.50~2.78 倍，有效提高了用户的
舒适度。

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三维打印中喷头的最优路径规划

刘嘉玮，陈双敏，王晓丽，辛士庆

2017, 38(1): 34-38. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010034

摘要 ( 92 )

PDF(437KB) ( 301 )

三维打印是逐层逐体素打印，喷头的路径规划是其中的关键组成部分，其至少需要
考虑3 个方面的需求：①喷头必须历经每个需要打印的体素；②同一个体素不能被喷头反复打
印；③尽量减少喷头在位置上的跳转，如必须跳转，那么跳转间隔不宜太大。为此将喷头移动
路径的规划问题转化为旅行商问题并用改进的回溯算法来求解，基于大量实验给出了相关参数
的最佳配置。

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基于ISM 对互联网产品开发系统的分析研究

张瑞秋，雷尚仲，黄志辉，刘娜

2017, 38(1): 39-44. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010039

摘要 ( 108 )

PDF(941KB) ( 236 )

为了明确互联网产品开发系统的关键和重要影响因素，并理清其之间的关系。通过
定性、定量调研和依据工作经验的研究方法提取关键影响因素，运用ISM 构建关系模型，把影响
因素之间的直接或间接关系形成邻接矩阵和可达矩阵，据此再进行层级分解，明确系统的层次结
构，用层级关系示意图和有向图概括出系统各因素之间的关系，构建系统关系模型。为企业提高
产品开发效率和优化开发流程提供新思路。

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花意文化产品设计因子提取模型与应用研究

许占民，李阳

2017, 38(1): 45-51. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010045

摘要 ( 110 )

PDF(5585KB) ( 415 )

在旅游文化创意产品设计中，如何继承传统并合理创新是文化传承的关键。其中文
化设计因子的提取因其模糊性和感性化成为难点。针对花卉旅游文化产品设计开发，引入花意文
化概念，通过构建花意文化产品设计因子提取模型，采用定性和定量相结合的方法，从形态、色
彩、花语3 个方面提取设计因子，建立了花意文化设计因子空间，并详细讨论了各个因子的分析、
提取、检验算法；运用层次分析法构建各因子间的层次结构及判断比矩阵，计算各因子的贡献率，
构建完整的花意文化产品设计因子提取模型算法。将该模型应用在牡丹文化创意设计，结果表明
该模型提取设计因子可行、有效。

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传统养生文化中的设计因子提取及应用研究

王伟伟，陈萌萌，刘音，张钰洁

2017, 38(1): 52-56. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010052

摘要 ( 104 )

PDF(6038KB) ( 250 )

：随着社会经济的发展和生活水平的提高，人们对于健康生活的重视程度逐渐加强，
养生作为一种传统的生活理念也重新回归。通过深入分析养生文化的核心思想，运用设计基因的
研究方法，论述了养生文化元素的提取思路。提取养生文化核心设计因子，并将其可视化表达，
运用层次分析法对提取方案进行评价优选，最后联系智能手表的设计特点，将养生文化融入当代
智能产品的设计中。在智能产品上讲述中国文化独有的东方智慧，为可穿戴设备设计寻求新思路，
推动智能可穿戴市场发展，实现对文化创意产品设计活动的支持，弘扬中国传统文化。

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基于改进的指数交叉熵和萤火虫群优化的工业CT 图像分割

马英辉1,2，吴一全2,3,4

2017, 38(1): 57-62. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010057

摘要 ( 132 )

PDF(413KB) ( 229 )

为了进一步提高工业CT 图像分割的精确度和运行速度，提出基于灰度-梯度二维
指数交叉熵和混沌萤火虫群优化的阈值图像分割方法。运用最小指数交叉熵进行阈值分割，解
决了Shannon 熵在零点处无定义的问题。采用灰度-梯度二维直方图能更加准确地实现目标和背
景的划分，提高算法的抗噪性。此外，为了更好地进行阈值的全局搜索，利用立方映射生成的
混沌序列来初始化萤火虫的位置；采用基于立方映射的混沌萤火虫群优化算法搜寻最佳的二维
阈值，以进一步提升运算速度。最后，与基于萤火虫算法的二维熵法、基于遗传算法的二维最
小交叉熵法作了比较。实验结果表明，该方法在分割效果和处理速度上有明显优势。

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数字水文图像中的水文尺分割方法

冷建伟1，沈芳婷2

2017, 38(1): 63-68. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010063

摘要 ( 103 )

PDF(2347KB) ( 261 )

针对水文监测时视频监视图像的信噪比较高，观测目标颜色特征明显以及目标区
域位置关系特定等特点，提出一种实用性强、受外界因素干扰小的水位读取方法。已知现场前
端摄像机拍摄内容固定、水文尺刻度颜色为红蓝两种颜色，根据水文尺特征颜色提取颜色分量
图片，经过自适应确定阈值对图片进行二值化、去噪、形态学处理，利用Hough 变换确定水文
尺边界，成功分割出水文尺。为之后通过边缘检测读取实时水位数据奠定基础。实验结果表明，
该方法能够准确有效地分割出目标区域。

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低维格拉斯曼流形鉴别分析

曾青松，钟闰禄

2017, 38(1): 69-75. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010069

摘要 ( 139 )

PDF(1102KB) ( 293 )

图像集匹配需要解决如何对集合模型并度量模型之间的相似性的问题，为此提出
一种维数约减的格拉斯曼流形鉴别分析方法并用于对象和人脸识别。首先引入投影映射将格拉
斯曼流形上的基本元素表示成对应的投影矩阵。然后，为克服高维矩阵在小样本条件下不能有
效描述样本分布的缺陷，通过投影度量学习对子空间的正交基矩阵降维得到一个低维、紧致的
格拉斯曼流形以获得图像集更好地表达。最后投影到再生核希尔伯特空间中进行分类。在公开
的视频数据库中的实验结果证明，该方法能够获得较高的正确率，是一种有效的基于集合的对
象匹配和人脸识别方法。

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基于Map Reduce 的快速视频镜头边界检测算法

郑慧君1，陈俞强1,2

2017, 38(1): 76-81. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010076

摘要 ( 163 )

PDF(393KB) ( 226 )

镜头边界检测是视频索引、检索和分析的基础。视频数据量大，镜头边界检测中的
高计算成本是实际应用的一个瓶颈。利用Map Reduce 模型分布式的计算思想，首先将大量的视
频数据处理作业拆分成若干个可独立运行的Map 任务，进行视频的解码和特征提取，然后由若
干个Reduce 任务对特征值进行检测获得最后镜头边界集合。在镜头特征提取时把视频分成31 帧
的小片段，利用带权值的分块的直方图计算视频片段的首尾帧间差，通过自适应阈值筛选出非镜
头切换片段和候选镜头切换片段，对候选镜头切换片段再做进一步检测，提出非相邻帧二次帧差
法对渐变镜头进行检测。实验结果表明，利用Map Reduce 模型和改进的镜头算法在加速镜头边
界检测的同时，还可以取得较好的检测精度。

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G-LBP 和方差投影交叉熵的人脸识别

胡敏1，余子玺1，王晓华1，任福继1,2，何蕾3

2017, 38(1): 82-89. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010082

摘要 ( 195 )

PDF(1013KB) ( 331 )

针对基于Gabor 特征识别人脸时存在数据维数大及冗余等问题，将变换后的频域
特征转换到空间域，提出一种新的特征描述算法G-LBP。为了进一步提高系统的稳定性及精度，
丰富人脸描述特征，从熵值角度对人脸进行补充描述。针对方差投影熵在特征描述上，忽略了
行列之间的交互信息，定义了方差交叉投影熵。最后，基于BP 神经网络对两种不同的特征空
间进行决策层加权融合完成人脸识别。实验结果表明，G-LBP 特征提取方法降低了数据间的冗
余，且能保留有效地判别信息；方差投影熵和方差交叉投影熵丰富了人脸特征的描述；决策层
加权融合的方法较好地发挥分类器间的集成作用，最终有效地提高了人脸的识别率，与其他文
献的算法相比，也证明了该方法的有效性。

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基于ROI 及Clifford 代数相对不变量的3D医学图像配准

华亮，程天宇，顾菊平，俞钶安

2017, 38(1): 90-96. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010090

摘要 ( 139 )

PDF(742KB) ( 374 )

在利用颅骨轮廓几何特征配准基础上，提出配准前颅部图像的感兴趣区(ROI)圈定，
并在Clifford 代数框架下给出一种全新的相对不变量构造方法。该方法以颅部ROI 的轮廓数据作
为配准点云集，根据颅骨刚体轮廓相似性特点，运用Clifford 代数构造相对几何不变量的数学模
型及计算模型，并计算配准几何运算需求的平移量和旋转算子，采用3D 医学图像的相似性测度
直接进行三维数据的配准。数据源及评估使用BrainWeb 数据库和美国Vanderbilt 大学的“回顾性
图像配准评估”项目数据。实验表明，新方法在颅部的ROI 区域进行配准，能够精确的定位组织
器官的三维位置，执行效率高，配准均值误差在2~4 mm 内，达到亚像素级配准精度。

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一种分阶段递进式BIM 构建方法

余芳强1，张建平2

2017, 38(1): 97-101. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010097

摘要 ( 233 )

PDF(1198KB) ( 402 )

近十年来，BIM 技术得到了快速发展。但由于建筑业的多参与方特性，目前跨阶段
的信息传递仍难以实现，包括建筑全生命期各阶段信息的完整BIM 仍无法构建。针对以上问题，
提出一种分阶段递进式BIM 构建方法，包括协同建模的基本协议和基本流程，支持各参与方在
统一的框架下协同构建BIM。应用表明，分阶段递进式BIM 建模方法可有效避免BIM 构建过程
中的重复建模、信息不一致等问题，逐步构建完整、一致的BIM，支持面向建筑全生命期的BIM
应用。

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基于BIM 人才培养的土木工程课程体系改革研究

何蕊，栾英艳，高岱

2017, 38(1): 102-108. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010102

摘要 ( 212 )

PDF(19692KB) ( 204 )

建筑信息建模技术是建筑行业近年来发展起来的新技术，以其低成本、高效率、
可视化、建筑生命周期数据共享等优点迅速在欧美等国家建筑领域得到广泛地应用。中国住建
部“十二五规划”中明确加快BIM 技术的应用。为紧跟建筑行业的尖端技术，哈尔滨工业大学工
程图学部针对社会BIM 人才缺口问题，将BIM 技术教学引入大学生土木工程制图课堂，将传
统的土木工程制图体系转变为集手工绘图，计算机二维绘图及计算机三维建模为一体。两轮教
学结果表明，引入三维教学及行业领域前沿技术有利于提高学生阅读工程图能力，激发学生主
动学习兴趣。

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BIM 技术融入CAD 课程的教学改革研究与实践

孙明，胡妮妮

2017, 38(1): 109-113. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010109

摘要 ( 125 )

PDF(201KB) ( 341 )

根据当前应用型地方本科院校CAD 课程教学现状，结合建筑信息模型(BIM)技术
发展状况，从融入BIM 技术的CAD 教学改革和教学实践两个方面进行探索，提出使用
AutoCAD、天正建筑、Revit 3 种软件进行项目任务驱动式课堂教学和课后作业安排，提升学生
的学习主观能动性，培养满足当前市场需求和未来发展趋势的优秀应用型卓越工程师。

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应用型院校工程图学教学模式改革与实践

李玉根，马小莉，李冬梅，胡大伟，董茹

2017, 38(1): 114-118. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010114

摘要 ( 146 )

PDF(461KB) ( 261 )

以应用型地方院校榆林学院土木工程等3 个土建专业为例，结合问卷调查结果，分
析了当下工程图学类课程教学存在的不足；以应用能力培养为主线构建了图学课程群，提出校内
外共同参与的“全程教育”图学技能培养思路；从学习兴趣培养、教学内容选择、第二课堂开展等
方面进行改革与实践，探索转型背景下土建专业图学类课程教学新模式，实现图学技能培养的“专
业深度”及“外围广度”，服务地方经济。实践表明，改革举措能全面提升学生的图学应用能力。

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依托三维工程图学培养学生设计创新能力的探索

尧燕

2017, 38(1): 119-122. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010119

摘要 ( 111 )

PDF(374KB) ( 298 )

分析了传统工程图学到三维工程图学转变的必然性，比较了各种三维工程图学教学
模式的优劣，提出依托三维工程图学培养学生设计创新能力的教学新模式——改进型主线模式。
实践证明，该教学模式对培养学生的创新设计能力是有效的。

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基于全方位开放实验室的工程制图教学创新与实践

刘瑛，李凯，曹默，李玏一

2017, 38(1): 123-127. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010123

摘要 ( 89 )

PDF(3206KB) ( 243 )

分析总结将全方位开放实验室实践引入工程制图教学的方法和效果，给出大量工程
实践案例。三年多的教学实践及大量的学生作品证明，基于学生自主管理的全方位开放实验室创
新运作模式，基于微课程的实验室案例学习模式，基于课堂教学与全方位开放实验室实践相结合
的三位一体教学模式对于培养学生兴趣、增强实践能力和创新意识都是十分有效的，具有可复制
性和推广价值。

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基于扩展有限元法的边坡稳定分析

常建梅，宋思纹

2017, 38(1): 128-131. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010128

摘要 ( 86 )

PDF(353KB) ( 308 )

边坡上缘受张拉开裂是普遍现象，研究已表明张拉剪切的复合判定模式比单一的剪
切破坏分析更合理。采用张拉和Mohr-Coulomb 剪切的复合破坏准则对垂直边坡进行稳定性分析。
借助扩展有限元方法的优势模拟渐进张拉开裂过程，用强度折减模拟剪切带的扩展。扩展有限元
法中采用统一的富集函数，并使得富集自由度具有明确的物理意义。采用无需分片的积分方案，
使得扩展有限元法在土中可以有效地应用。结果表明，不考虑土体的张拉破坏条件下的安全系数
偏高，所以考虑张拉破坏是必要的，同时，为边坡滑动面的确定提供参考。

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计算机绘图课程移动学习资源的设计与实践

李志香

2017, 38(1): 132-136. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017010132

摘要 ( 105 )

PDF(935KB) ( 191 )

移动学习是对现代远程学习方式的有效补充，其能将人们从学习时间和空间的限制
中解放出来。结合计算机绘图这门课程，通过分析课程的特点与教学中存在的问题，设计开发了
计算机绘图课程的移动学习资源。碎片化学习、任务驱动和过程考核相结合，强调用中学，为计
算机绘图教学实践提供了有益途径。

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