图学学报

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2017年第3期目录

2017, 38(3): 0.

摘要 ( 69 )

PDF(212KB) ( 79 )

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基于完全拉格朗日粒子方法的物理动画模拟

邵绪强，景筱竹，刘书刚

2017, 38(3): 297-302. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030297

摘要 ( 385 )

PDF(7469KB) ( 110 )

自然界中不同类型物体和行为的真实感模拟是物理动画的重要内容，但实现基于
统一数值方法的模拟仍是研究难点。基于光滑粒子动力学方法和连续介质力学物理模型，提出
一种基于完全拉格朗日粒子方法的物理动画模拟算法，模拟刚性物体、弹性物体和不可压缩流
体的动力学行为。此外，结合固体表面粒子的自适应采样方案和相对贡献计算方案，提出一种
稳定的固流交互算法。实验结果表明，该方法适合于虚拟环境中不同类型物体运动和交互的统
一建模和模拟。

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基于α-shape 的树冠LOD 建模

朱晓强1,2，周浩1,2，宋磊1,2

2017, 38(3): 303-313. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030303

摘要 ( 82 )

PDF(4719KB) ( 215 )

以点云形式的树模型为输入，以3D Delaunay 三角化为基础，选取最优α 值并生
成点云的最小连通α-shape；然后计算其距离场并进行滤波处理，以提取α-shape 的光滑等距面；
进一步采用Laplacian 骨架提取的分割方法从等距面中分割出树干和树冠点云的包围体。最后以
树冠包围体内点云的多分辨率α-shape 为细节层次(LOD)模型用于非真实感VR 场景。

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基于Voronoi 极点特征值显著度加权的网格简化算法

魏宁，徐婷婷，高开源，董方敏

2017, 38(3): 314-319. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030314

摘要 ( 110 )

PDF(1977KB) ( 284 )

针对目前网格简化仅依赖局部特征而造成对尖锐特征保持差的问题，提出一种新
的基于视觉显著度加权的简化算法。算法首先通过Voronoi 内外极点与采样点之间的关系来计
算离散曲面局部极点特征值，然后叠加不同尺度下局部特征值的高斯差分获得特征的视觉显著
度。在进行网格简化时，将该显著度作为权重赋值给每个点的二次误差矩阵，从而达到对显著
度较高区域特征保持的目的。实验结果表明，所提出的简化算法与传统基于局部曲率的算法相
比能够更有效地保持原始网格固有几何特性，特别是对于视觉较为敏感的尖锐特征。

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网格关联的四叉树索引点云排序方法

张俐，李承文

2017, 38(3): 320-325. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030320

摘要 ( 97 )

PDF(1374KB) ( 256 )

研究了一种对几何无序点云数据基于四叉树索引的检索方法。使用最小二乘法拟
合点云投影平面，经投影将三维点云数据二维化，利用点云凸包求出二维点云包络边，并对包
络区域网格划分，采用网格关联方法完成索引排序。并使用MATLAB 工具通过测量实例验证
了该方法的可行性。

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光固化快速成型中悬挂结构生成算法研究

李占利，王亚芳，岳国华，李洪安，张蕴

2017, 38(3): 326-331. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030326

摘要 ( 91 )

PDF(943KB) ( 357 )

为解决光固化快速成型技术中对零件添加悬挂结构的需求，提出一种自动生成悬
挂结构的算法。首先识别提取实体模型的各类待悬挂区域；然后采用基于面积自适应的离散标
识法，将拾取到的待悬挂面在加工方向的投影面离散成栅格；最后根据悬挂结构应力载荷情况
均匀采样，获得待悬挂生成点，并设计相应的悬挂结构。最终在Visual studio 2013 开发平台上
结合VTK 实现对零件自动添加悬挂。实验结果证明该算法生成悬挂结构的正确性和可行性，
且已在实际加工中得到成功应用。

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基于眼动模式的隐式意图识别分类方法研究

马丽莎，吕健，潘伟杰，单军军，平正强

2017, 38(3): 332-340. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030332

摘要 ( 169 )

PDF(1622KB) ( 486 )

在心理学与认知科学中意图建模与识别被认为是创造人机交互的新模式，解释用
户的隐式意图识别一直是交互设计研究的热点。为此提出了基于眼动模式和瞳孔大小变化的隐
式意图识别方法，建立了测量瞳孔大小变化的基线模型，以榨汁机为例进行了眼动实验。借助
分类器处理实验数据，将隐式意图分为非目的性意图和目的性意图。实验结果表明，论文探讨
的内容对用户隐式意图的识别研究有一定的参考意义，可为产品或系统研发提供支持。

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迷你椭圆机的结构优化设计与仿真分析

贺占亮

2017, 38(3): 341-345. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030341

摘要 ( 158 )

PDF(849KB) ( 264 )

为了减小椭圆机的尺寸，方便其在各种场合使用，基于人因工程学原理，结合跑
步时人体脚踝的运动轨迹，对迷你椭圆机的结构进行优化设计。通过解析分析得到了各组件参
数对脚踝轨迹的影响规律，确定了各组件的最佳参数。并应用Solidworks 2016 对迷你椭圆机进
行了运动和静应力仿真分析。结果表明：当r1=110 mm、r2=412 mm、r3=140 mm 时得到的椭圆
轨迹最佳；脚踝点的位移、速度、加速度的解析和仿真的结果高度一致，验证了结构设计的合
理性；该机构中最大应力处于曲柄轴上，最佳轴径为22 mm，选用的材料满足强度要求，安全
性能可靠。

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彩码再设计中降低色彩饱和度的研究

陈锦昌，王超然

2017, 38(3): 346-351. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030346

摘要 ( 110 )

PDF(2334KB) ( 220 )

基于彩码可进行再设计的特点，探讨了一种降低彩码色彩饱和度的方法以便于设
计者对彩码进行再设计。设计者可以将色块矩阵式彩码设计成视觉图案，而在再设计的过程中，
彩码的识别模式和色彩限制成为设计者面临的问题。以彩码的识别模式为基础，以色彩的空间
混合原理为依据，提出“间隔识别”的方法，并通过两组试验验证其可行性。通过试验结果的分
析，“间隔识别”方法可以在降低彩码色彩饱和度的同时，不损害彩码的可识别性，从而利于设
计者对彩码的再设计。

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基于分数阶梯度算子的图像匹配算法

付万程1,2，达飞鹏1,2，黄源1,2

2017, 38(3): 352-360. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030352

摘要 ( 92 )

PDF(10493KB) ( 81 )

为保护更多的图像细节特征，提出一种基于分数阶梯度算子构建非线性尺度空间的
图像匹配算法。在非线性扩散滤波方程的传导函数中，引入分数阶梯度算子，利用快速显式扩散
(FED)算法构建非线性尺度空间，采用Leja 排序法对一个FED 周期内的时间步长重新排序，采用
一种新的基于Hessian 矩阵的关键点检测算子检测关键点，利用局部灰度序模式(LIOP)描述子
对关键点进行描述。实验结果表明，与其他经典算法相比，该算法在各种图像变换下具有更好
的性能。

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基于阈上随机共振的侯马盟书虚拟修复方法

蔺素珍，张商珉，师晓波

2017, 38(3): 361-366. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030361

摘要 ( 68 )

PDF(10203KB) ( 64 )

针对山西侯马盟书严重退化问题, 对其文字的提取和虚拟修复问题进行了研究。将
图像处理算法与人机交互相结合，提出一种基于阈上随机共振的侯马盟书虚拟修复方案。首先将
原始RGB 盟书图像变换到色调、饱和度、亮度(HSV)颜色空间，再利用阈上随机共振对亮度图像
进行复原，然后通过改进的双边滤波Canny 算子提取文字轮廓信息，并结合人机交互对确实的文
字轮廓进行修复；最后利用颜色迁移算法将经过填充的文字恢复成原有朱砂红颜色。实验结果证
明，该方法能有效修复笔画连通性差的模糊字迹和褪掉的色彩。

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一种基于MQ 拟插值的自适应边缘检测方法

高钦姣1，张胜刚2，张继红3

2017, 38(3): 367-372. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030367

摘要 ( 84 )

PDF(1063KB) ( 305 )

MQ 拟插值方法在进行微分方程数值解时具有精度高、稳定性好且节点移动灵活等
特点。基于此提出一种使用MQ 拟插值模拟几何活动轮廓模型(GAC)的自适应算法。将几何流表
示为参数形式，首先在空间方向用MQ 拟插值及其导数来逼近函数及其空间导数, 然后通过节点
移动方程移动节点使得节点几乎均匀分布在轮廓线上，最后在时间方向用向前差分法离散得到下
一个时间层的函数逼近。该算法可使用较少的点达到较好的拟合效果，节省计算量，在进行具有
大曲率大变化图像的边缘检测时更加精确、高效。最后给出几个实例，说明了该方法的有效性。

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基于余弦核函数的SIFT 描述子改进算法

丁理想，何川，李书杰

2017, 38(3): 373-381. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030373

摘要 ( 103 )

PDF(1356KB) ( 218 )

原始的SIFT 特征描述子维数较高，包含较多的冗余数据，因而在各类应用中需要
耗费较多的时间。文中考虑到SIFT 描述子内部梯度向量之间的关系，采用基于余弦核函数的
核主成分分析法对SIFT 特征描述子进行降维操作。首先，提取样本图像的SIFT 特征描述子，
利用余弦函数生成核主成分矩阵，提取其在主方向上的投影矩阵；然后，利用该投影矩阵对新
采集的描述子进行降维操作。实验中采用图像匹配的方式比较描述子性能，实验表明：该算法
可以有效降低特征描述子的维数；同时，在不降低匹配准确率的情况下，能够获得比SIFT 多
的匹配点，而且时间性能显著提高。

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利用机器视觉检测马铃薯外部品质方法综述

赵军，田海韬

2017, 38(3): 382-387. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030382

摘要 ( 204 )

PDF(366KB) ( 303 )

马铃薯外部品质检测对于马铃薯产业发展有着重要意义。综述了国内外利用机器
视觉在马铃薯外部品质检测中的应用，包括马铃薯重量检测、几何形状检测、表面缺陷检测，
以及根据表面缺陷进行马铃薯分级。讨论了马铃薯外部品质检测研究中的新方法、新进展以及
存在的不足，展望了今后的发展趋势与研究方向。

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综合分块颜色体积直方图和LGWBPs 的图像检索

刘芳辉，郭慧

2017, 38(3): 388-395. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030388

摘要 ( 69 )

PDF(1737KB) ( 182 )

针对多特征融合提高图像检索效果问题，提出一种综合分块颜色体积直方图和局部
Gabor 二元模式(LGWBPs)的图像检索方法，有效地提取了图像的颜色和纹理特征，为用户提供了
精准的图像检索结果。首先，将4×4 分块图像进行重叠九分块，并提取每个分块的颜色体积直方
图特征；然后用定义的LGWBPs 算子统计每个子块信息并提取图像的LGWBPs 直方图特征；最
后综合提取的两个特征进行相似性度量。实验结果表明，该方法有效地提高了检索的精准率，改
善了检索结果的排序值并具有较好的旋转不变性、抗噪性和不变特征的鲁棒性。

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基于贝叶斯模型的内容保持图像缩放算法

王燕玲1，李广伦2，林晓3

2017, 38(3): 396-402. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030396

摘要 ( 83 )

PDF(22186KB) ( 226 )

为解决图像在不同显示设备上进行缩放时显著目标易变形、微小目标易删除和多显
著目标易融合等问题，提出一种基于贝叶斯模型的内容保持图像缩放算法。首先,用凸包和背景
先验共同获得贝叶斯模型所需的先验概率和似然估计,代入贝叶斯模型算出显著图；其次，将梯
度图与显著图相乘获得新梯度图，通过求新梯度图和显著图之和获得复合能量图；最后，利用该
复合能量图进行缝缩放。实验结果表明，该缩放算法与原缝缩放算法相比解决了显著目标易变形
和微小目标易删除的问题，减少了多显著目标易融合的现象。

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抑制背景下多重滤波目标跟踪

吴正平1，吴迪云1，孙水发2

2017, 38(3): 403-409. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030403

摘要 ( 107 )

PDF(1391KB) ( 278 )

为解决运动目标稳定跟踪与实时性要求，提出一种背景抑制下多重滤波(BSMF)
跟踪算法，对跟踪目标的中心点计算、动态模板学习和变尺度问题进行研究。首先，以目标
为中心的跟踪区域的RGB 图像映射为11 维颜色，提取目标主要颜色的描述向量，生成抑制
背景的权值矩阵；然后与跟踪区域灰度图的对应点相乘，用相关滤波方法计算抑制背景后的
跟踪区域目标中心位置；最后将定位的目标区域进行金字塔滤波计算，得到尺度变化系数。
该算法采用动态的匹配模板学习策略，降低各种干扰因素混入匹配模板内，在树莓派3 代板
嵌入式系统中，平均可达17 帧/秒的跟踪速度，且比同级别复杂度跟踪算法具有更稳定的跟踪
性能。

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一种火车轮轨相对横向位移的图像检测方法

马增强，宋子彬，王永胜，刘政

2017, 38(3): 410-417. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030410

摘要 ( 98 )

PDF(10196KB) ( 178 )

目前通常采用的基于传感器的接触式测量方法，虽然可以监测机车运行状态并完
善机车运行的安全性理论，但存在动态测量困难、零漂大和抗干扰能力差等缺点。针对轮轨接
触状态最直接的反映——机车轮轨之间的相对位移，提出了一种火车轮轨相对横向位移的图像
检测方法。将激光点以一定的角度照在车轮的平面上，把机车轮轨相对横向位移的测量转为车
轮圆心与激光点在图片上位置的变化，最终实现车轮圆心和激光红点精确定位。实验结果表明，
该方法能够准确地计算出轮轨相对横向位移，为后续进一步监测列车运行的状态以完善列车运
行的安全性理奠定了基础。

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基于两次双边滤波的煤矿监控图像去雾研究

陈长华1，刘煜2

2017, 38(3): 418-424. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030418

摘要 ( 120 )

PDF(12831KB) ( 243 )

煤矿井下智能视频监控系统在各大煤矿得到广泛的应用，然而由于井下条件恶劣，
视频监控中经常遇到伴有各种随机噪声的尘雾图像。针对降质严重、视觉效果差的监控图像，提出
一种基于两次双边滤波的快速图像去雾方法(FDA-DBA)。首先利用四叉树方法获取全局环境光亮
度，然后对最小通道图采用双边滤波器获取粗略的大气散射图并进一步优化；其次利用容差机制进
行透射率修正，解决明亮区域处理后颜色失真问题；最后利用大气散射模型复原雾尘图像。实验表
明，该算法能较准确地恢复场景的色彩和清晰度，可获得较真实的清晰无雾图像，具有较高的准确
性和鲁棒性，并且算法的时间复杂度与图像像素数呈线性函数，适合于煤矿智能视频监控环境。

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一种非圆齿轮虚拟插齿加工建模及切屑方法研究

杨艳芳，孙晗

2017, 38(3): 425-430. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030425

摘要 ( 109 )

PDF(621KB) ( 218 )

非圆齿轮因其节曲线为非圆形，加工过程复杂，加工仿真困难。针对一种非圆齿
轮的加工，实现了从毛坯到成品的虚拟插齿过程仿真，即按照事先编制的G 代码(即数控程序)，
驱动虚拟插床有序去除虚拟毛坯材料。通过对毛坯模型进行离散化，在切割过程中不断从场景
中移除切屑材料节点实现加工仿真；通过树状场景图结构搭建虚拟加工环境；数控插齿加工过
程复合运动的协调运作，实现了基于G 代码的加工过程运动仿真。采用Visual Studio 2008 作为
开发平台，结合OSG(open scene graph)图形库，再现了加工中工件的成型过程，为产品加工过
程提供了有益的参考。

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基于IFC 标准的典型梁柱构件工程量自动计算方法研究

匡思羽，张家春，邓雪原

2017, 38(3): 431-438. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030431

摘要 ( 116 )

PDF(946KB) ( 292 )

：BIM 作为一种新的理念与技术，正引发建筑行业的变革。然而BIM 应用中工程
量计算的可靠性与灵活性难以兼容，数据处理过程过于复杂冗长，并没有真正地优化算量流
程和提高算量效率。本文基于IFC 标准对工程量自动计算方法进行探讨与研究，分析IFC 标
准中典型梁柱构件几何信息、关联信息的描述方法，借助几何方程实现节点重叠体积的计算，
得到符合我国计量标准的混凝土工程量。结果表明，基于IFC 标准的构件工程量自动计算方
法是可行有效的，能够提高工程算量的效率与精度，并实现工程量计算与建模软件及绘制路
径的无关性。

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基于BIM 技术的大跨度桥梁施工管理平台研发及应用

马少雄1,3，李昌宁2，徐宏2，王闯3，陈存礼1，赵钦1

2017, 38(3): 439-446. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030439

摘要 ( 253 )

PDF(4821KB) ( 496 )

针对大跨度钢管混凝土拱桥设计和施工特点，采用CATIA 建立桥梁三维模型，研
发了基于CATIA 的桥梁模型属性添加插件和建筑信息模型(BIM)设计、施工管理平台，并将其
应用于大跨度钢管混凝土拱桥——夜郎河双线特大桥项目的规划、设计、施工等全过程。研究
表明：基于BIM 技术，在项目规划阶段可指导场地规划和运输线路拟定，在设计阶段可完成设
计方案比选和设计优化，在施工阶段可实现工程量统计、预制构件定制、指导劲性骨架吊装、
4D 施工模拟与三维技术交底，显著提高了桥梁信息化施工管理水平和建造效率，为桥梁工程设
计施工管理另辟蹊径。

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基于我国清单计价规范的Revit 模型工程量提取

王茹，方超，王柳舒

2017, 38(3): 447-452. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030447

摘要 ( 422 )

PDF(957KB) ( 896 )

工程算量的提取是基于BIM 的建设工程项目重要的环节，现有的算量软件(比如
广联达、鲁班)可对目前常用的建模软件Revit 模型导入其平台下算量，但部分模型数据可能会
丢失而且对转换模型和构件的名称等有严格要求，适用性较差。Revit 作为目前国内使用最为广
泛的BIM 软件之一，工程量的提取具有非常高的精度，但是其体积扣减规则和明细表功能并不
能满足我国《GB50500-2013_建设工程工程量清单计价规范》的要求。为实现基于Revit 平台工
程量提取的本地化，本文通过Revit 平台和Revit API，建立了BIM 预算模型，利用二次开发技
术对模型构件体积扣减规则重置，并按照相关规范进行构件编码，实现了项目工程量清单快速
准确的提取，验证了基于Revit 平台工程量提取本地化的可行性，提高了工程量计算的工作效
率和精度，减少材料浪费，降低了管理成本和预算风险。

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制图测绘课程的多元化实践教学改革研究

王淑侠，张茜，蔡旭鹏

2017, 38(3): 453-457. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030453

摘要 ( 101 )

PDF(1048KB) ( 296 )

提出多元化制图测绘实践课的教学改革措施，主要包括:通过加强自主性，提高创
新意识；用三维造型取代尺规绘图；强化团队合作；师生共同参与的考核机制。在机械制图相
关课程的改革及第二课堂等氛围的配合下，通过多年的教学实践证明：该教学改革可以更好地
激发学生学习兴趣和创新性思维，为后续课程及就业奠定了良好的技术基础。

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基于马氏距离的任务图分割方法

马啸1，李岳2

2017, 38(3): 458-462. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2017030458

摘要 ( 74 )

PDF(544KB) ( 203 )

对实时性要求较高的嵌入式电子系统，常利用多核处理器来提高其计算速度，故
对复杂程度较大的嵌入式电子系统，需分解其功能任务，使其能够映射到不同大小的处理器上，
从而可靠地完成复杂系统功能。结合图论相关理论基础，以马氏距离为度量标准，提出了一种
任务图分割方法。以44二值乘法器为例，对其进行任务图分割，并与重分割方法进行比较。
结果分析表明分割后任务子图的节点数目减少，且任务子图间的通信时间较短，验证了分割方
法的有效性，有利于实现复杂嵌入式电子系统的应用。

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