图学学报

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2019年第4期目录

2019, 40(4): 631-636.

摘要 ( 91 )

PDF(132KB) ( 169 )

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面向球幕投影系统的几何校正方法

王明冬 1，盖孟 2,3，赖舜男 2,3，王震 4

2019, 40(4): 631-636. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040631

摘要 ( 144 )

PDF(4966KB) ( 277 )

摘要：用于飞行模拟的视景仿真系统，经常会以多台投影仪同步投影以得到较大范围的视场角。当投影机斜对屏幕或者投影屏幕为曲面时，图像会发生几何失真。针对此问题，本文提出了一种专门面向球幕投影系统的几何校正方法，并以一个三通道显示系统为实例，详述了该方法的理论原理以及校正流程。实例结果表明，经几何校正后，各投影图像无几何畸变，通道过渡处几何内容完全一致。该方法是一种纯软件方法，成本小而且操作简单，能够适应于不同的投影场景。

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基于速度修正的固壁边界处理方法

朱晓临，陈薇

2019, 40(4): 637-643. DOI: ：10.11996/JG.j.2095-302X.2019040637

摘要 ( 52 )

PDF(745KB) ( 116 )

摘要：固壁边界处理方法的研究一直是流体模拟中的难点问题，常见的固壁边界处理方法有边界力法和虚粒子法。边界力法通过对靠近边界的流体粒子施加作用力防止其穿透边界，但模型参数较多，力的大小难以调控，且在计算中会产生边界截断误差问题；虚粒子法通过在边界外生成虚粒子解决了边界截断误差问题，但在处理复杂边界问题时，由于外部的虚粒子的生成较困难，且分布不均，计算精度受到影响，出现粒子飞散的情况。针对 2 种方法存在的问题，提出一种基于速度修正的固壁边界处理方法，无需求解边界力或在边界外生成虚粒子，直接利用动量方程和计算速度耗损量求出流体粒子碰到边界后的反弹速度，大大降低了处理边界的复杂程度，也克服了 2 种方法在边界拐角处粒子不均匀采样而导致的算法不稳定的问题。模拟仿真验证了该方法在稳定性、计算效率方面均较传统边界力法和虚粒子法更好；随着粒子数的增加，该方法耗时更少、计算效率更高，对复杂场景的模拟效果更好。

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城市轨道交通线路的CPU/GPU协同快速建模方法

李鸣 1，魏庆朝 1，吕希奎 2

2019, 40(4): 644-650. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040644

摘要 ( 88 )

PDF(4286KB) ( 379 )

摘要：城市轨道交通线路三维可视化设计能有效地改进设计质量。针对传统基于 CPU 的线路三维建模方法存在着建模速度慢、等待设计成果时间长、渲染效率低、场景优化困难等问题，提出一种基于 CPU 离散-GPU 建模的城市轨道交通线路三维模型快速建模方法。首先，将线路分为线状模型和点状模型，然后根据线形设计成果利用 CPU 分解线状模型得到离散化的边界条件，解析点状模型得到空间信息参数，分别形成独立的、数据量极小的离散数据包；然后利用 GPU 的并行计算能力通过离散数据包实现线路三维模型的快速建立；联合 CPU 的场景拣选能力和 GPU 的顶点扩展能力，建立了一种用于长线状模型显示的场景优化方法。研究结果显示：①该方法建模耗时仅为传统方法的 0.55%～1.30%；②浏览体验相比基于传统 CPU 建模和场景管理的方法显著提升，最小帧数在 70 帧以上；③可有效降低内存及 CPU 占用率等性能指标，释放设计平台计算压力；④为线路三维可视化设计实用化提供了一种可借鉴的方法和思路。

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基于显著几何特征的古木建筑关键构件多 LoD 尺寸信息提取方法

石力文 1,2,3，解琳琳 1,4，侯妙乐 1,2,3，李爱群 1,4，胡云岗 1,2,3，刘浩宇 1,2,3

2019, 40(4): 651-658. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040651

摘要 ( 85 )

PDF(2635KB) ( 144 )

摘要：古木建筑关键构件的尺寸信息是其安全性能评估与提升、历史文化传承的重要基础，然而该信息的提取尚缺乏高效、高精度的方法。三维激光扫描的精细测绘技术为该问题的解决提供了科学手段，但点云数据体量庞大，无法直接获取尺寸信息。针对尺寸信息的多细节层级(LoD)特性，提出了多 LoD 模型标准，建议了相应的显著几何特征参数。结合高保真点云数据，系统地提出了一套基于点云数据的关键构件多 LoD 尺寸信息自动化提取方法，可准确、高效地提取多 LoD 尺寸信息。对典型关键构件进行了多 LoD 尺寸信息提取，该方法可在 7 min 内完成百万级点云数据的信息提取，且尺寸相对误差不超过 2%，绝对误差绝大部分小于 0.5 mm，验证了该方法的高效性和可靠性。

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基于形变模型的多角度三维人脸实时重建

陈国军，曹岳，杨静，裴利强

2019, 40(4): 659-664. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040659

摘要 ( 99 )

PDF(2757KB) ( 284 )

摘要：采用人脸特征点调整三维形变模型的方法应用于面部三维重建，但模型形变的计算往往会产生误差，且耗时较长。因此运用人脸二维特征点对通用三维形变模型的拟合方法进行改进，提出了一种视频流的多角度实时三维人脸重建方法。首先利用带有三层卷积网络的 CLNF 算法识别二维特征点，并跟踪特征点位置；然后由五官特征点位置估计头部姿态，更新模型的表情系数，其结果再作用于 PCA 形状系数，促使当前三维模型发生形变；最后采用 ISOMAP 算法提取网格纹理信息，进行纹理融合形成特定人脸模型。实验结果表明，该方法在人脸重建过程中具有更好的实时性能，且精确度有所提高。

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智能配镜三维特征参数提取方法研究

侯增选 1，李岩翔 1，杨武 2，赵有航 1，王军骅 1

2019, 40(4): 665-670. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040665

摘要 ( 98 )

PDF(1230KB) ( 134 )

摘要：针对智能配镜中三维面部特征点提取算法复杂度较高的问题，提出一种将三维点云转换为映射图像定位特征点的方法。采用 Voronoi 方法计算面部三角网格各顶点处的高斯曲率、平均曲率。选取鼻尖、眼角等曲率特征明显的区域估计面部点云姿态。根据曲率旋转不变性，使用初选的点云方向向量简化旋转矩阵的计算，使面部点云正面朝向视点。将点云映射转换为图像，三维网格模型中三角面片一对一映射到图像中的三角形。搭建卷积神经网络，使用 Texas 3DFRD 数据集进行模型训练。进行人脸对齐，预测所得各面部特征点分别限制在图像某三角形中。根据图像中三角形映射查找三维网格模型中对应三角面片，通过三角面片顶点坐标计算配镜所需的面部特征点位置坐标，实现配镜特征参数的提取。

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融合全局和局部方向特征的掌纹识别方法

陈晓蔓，贾伟，李书杰，刘晓平

2019, 40(4): 671-680. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040671

摘要 ( 74 )

PDF(987KB) ( 177 )

摘要：掌纹识别是受到较多关注的生物特征识别技术之一。在各类掌纹识别的方法中，基于方向特征的方法取得了很好的效果。为了进一步提升识别精度，提出一种融合全局和局部方向特征的掌纹识别算法，主要融合了基于方向编码的方法、基于方向特征局部描述子的方法和结合方向特征和相关滤波器的方法。其中前 2 种方法属于空间域方法，可很好地提取掌纹的局部方向特征；而第 3 种方法属于频域方法，能有效地提取全局方向特征。在匹配值层对该 3 种方法的识别结果进行融合。本文算法在 2 个掌纹数据库上进行了验证，实验结果表明，本文方法的识别性能明显优于其他几种掌纹识别方法。

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基于 RGBD 的实时头部姿态估计

陈国军，杨静，程琰，尹鹏

2019, 40(4): 681-688. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040681

摘要 ( 133 )

PDF(1286KB) ( 242 )

摘要：实时的头部姿态估计在人机交互和人脸分析应用中起着至关重要的作用，但准确的头部姿态估计方法依然具有一定的挑战性。为了提高头部姿态估计的准确性和鲁棒性，将基于几何的方法与基于学习的方法相结合进行头部姿态估计。在人脸检测和人脸对齐的基础上，提取彩色图像几何特征和深度图像的局部区域深度特征，再结合深度块的法线和曲率特征，构成特征向量组；然后使用随机森林的方法进行训练；最后，所有决策树进行投票，对得到的头部姿态高斯分布估计进行阈值过滤，进一步提高模型预测的准确度。实验结果表明，该方法与现有的头部姿态估计方法相比，具有更高的准确度及鲁棒性。

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一种基于目标优化学习的车标识别方法

朱文佳 1，陈宇红 2，冯瑜瑾 2，王俊 3，余烨 3

2019, 40(4): 689-696. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040689

摘要 ( 61 )

PDF(1012KB) ( 144 )

摘要：近年来，车标识别因其在智能交通系统中的重要作用，受到研究者的广泛关注。传统的车标识别算法多基于手工描述子，需要丰富的先验知识，且难以适应复杂多变的现实应用场景。相比手工描述子，特征学习方法在解决复杂场景的计算机视觉问题时具有更优性能。因此，提出一种基于目标优化学习的车标识别方法，基于从原图像中提取的像素梯度差矩阵，通过目标优化，自主学习特征参数。然后将像素梯度差矩阵映射为紧凑的二值矩阵，通过特征码本的方式对特征信息进行编码，生成鲁棒的特征向量。基于公开车标数据集 HFUT-VL1 和 XMU 进行实验，并与其他车标识别方法进行比较。实验结果表明，与基于传统特征描述子的方法相比，该算法识别率更高，与基于深度学习的方法相比，训练和测试时间更少。

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东巴象形文字特征曲线简化算法研究

杨玉婷 1，康厚良 2，廖国富 3

2019, 40(4): 697-703. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040697

摘要 ( 102 )

PDF(862KB) ( 113 )

摘要：东巴文作为一种原始的图画象形文字，在检索和识别方面的研究较多，且从不同角度应用各类算法进行了实现，但是在文字特征提取和简化方面的研究却很少。由于字符特征提取的精练性和完全性将直接影响识别算法的精度和复杂度，因此结合计算机视觉中形状简化的相关研究成果，给出了适用于东巴象形文字特征曲线简化的改进算法。该算法以离散曲线演化算法为基础，进一步给出了区域最大面积差的临界点选取法和二次简化算法，有效去除了东巴字符特征曲线中的冗余点和潜在异常点。通过通用性和鲁棒性实验表明，该算法在保留原有字符特征的基础上可以去除曲线中 87%以上的冗余点，实现了特征曲线的最简化，从而为东巴文字的相似性度量奠定基础。

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基于RPCA和视觉显著性的风机叶片表面缺陷检测

曹锦纲 1，杨国田 2，杨锡运 2

2019, 40(4): 704-710. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040704

摘要 ( 81 )

PDF(2463KB) ( 210 )

摘要：针对风机叶片表面缺陷检测问题，提出了一种基于鲁棒主成分分析(RPCA)和视觉显著性的表面缺陷检测方法。在 RPCA 的基础上，通过增加噪声项和考虑像素的空间关系，以利于缺陷的分割，即通过 F 范数正则项抑制高斯噪声和光照不均，利用 Laplacian 正则项约束像素的空间关系，以保持显著图中具有相似显著值且空间相邻超像素的局部一致性和不变性。首先，对输入的风机叶片表面图像进行超像素分割和特征提取，得到图像的特征矩阵；然后，利用改进的 RPCA 法得到稀疏矩阵，根据稀疏矩阵和视觉显著性方法计算出缺陷区域的显著图；最后，优化显著图并采用自适应阈值分割实现缺陷的检测。通过实验仿真和对实验结果定性定量分析，表明该方法具有较高的准确率。

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多测度融合的立体匹配算法研究

亢宇欣，谌贵辉，邓宇，张军豪

2019, 40(4): 711-717. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040711

摘要 ( 79 )

PDF(2637KB) ( 254 )

摘要：针对多测度融合的立体匹配算法的测度选择问题，提出一种基于测度互补系数的测度选择方法。通过该方法选择多种测度进行融合作为匹配代价，并使用改进的半全局算法进行代价聚合，实现多测度融合的立体匹配算法。首先定义互补系数，通过互补系数选择多种相似性测度进行融合作为匹配代价；然后，针对半全局代价聚合使用随机初始化视差图导致立体匹配效果较差的问题，使用基于 SURF 特征得到的视差作为初始视差进行半全局代价聚合；最后计算视差并优化视差得到最终视差图。实验表明，使用该测度选择方法可以选择互补特征，结合改进的半全局代价聚合方法可以提高立体匹配效果。

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基于编解码卷积神经网络的单张图像深度估计

贾瑞明，刘立强，刘圣杰，崔家礼

2019, 40(4): 718-724. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040718

摘要 ( 102 )

PDF(1344KB) ( 271 )

摘要：针对传统方法在单目视觉图像深度估计时存在鲁棒性差、精度低等问题，提出一种基于卷积神经网络(CNN)的单张图像深度估计方法。首先，提出层级融合编码器-解码器网络，该网络是对端到端的编码器-解码器网络结构的一种改进。编码器端引入层级融合模块，并通过对多层级特征进行融合，提升网络对多尺度信息的利用率。其次，提出多感受野残差模块，其作为解码器的主要组成部分，负责从高级语义信息中估计深度信息。同时，多感受野残差模块可灵活地调整网络感受野大小，提高网络对多尺度特征的提取能力。在 NYUD v2 数据集上完成网络模型有效性验证。实验结果表明，与多尺度卷积神经网络相比，该方法在精度 δ<1.25 上提高约 4.4%，在平均相对误差指标上降低约 8.2%。证明其在单张图像深度估计的可行性。

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大时间步长下体积守恒的实时水体模拟

朱奎鑫 1，盖孟 2,3，赖舜男 2

2019, 40(4): 725-732. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040725

摘要 ( 104 )

PDF(5547KB) ( 128 )

摘要：基于物理的流体仿真可以真实地捕捉水的运动，一种常用的实时模拟方法是基于二维浅水方程进行水体仿真。首先介绍了二维浅水方程，并提出一种新的求解方法，通过一种体积守恒的隐式半拉格朗日方法进行计算，在保持稳定的同时允许较大的时间步长，然后额外增加修正步以保证计算过程中体积守恒。此外提出了一种基于动量守恒的流固耦合方法，可以实时地模拟出较为真实的水体，并且保证了水体体积始终守恒，效果良好。

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基于 ADAMS 的多刚体动力学简化建模与仿真

王坤，邢海军，徐梦超，张林浩

2019, 40(4): 733-738. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040733

摘要 ( 185 )

PDF(1346KB) ( 351 )

摘要：应用多刚体动力学理论在 ADAMS 软件中对复杂模型进行简化建模与仿真，解决复杂模型在 ADAMS 中建模过程繁琐、仿真过程计算效率低等问题。首先对简化建模方法的多刚体动力学理论进行了分析；然后提出了基于 ADAMS 简化建模的具体方法，着重研究了使原模型和简化模型中心主转动惯量、中心惯量主轴连体基方向相同的数学方法；最后，将该简化建模方法应用到过山车单车模型上，并对仿真结果进行对比分析。结果显示基于 ADAMS 的多刚体动力学简化过山车模型与原模型的仿真效果基本相同。该简化建模方法能有效提高复杂模型在 ADAMS 中的建模效率和仿真的计算效率。

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基于 QFD 与 RAHP 的餐馆服务机器人人因工程设计

王秋惠，杨悦

2019, 40(4): 739-745. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040739

摘要 ( 118 )

PDF(774KB) ( 159 )

摘要：以用户需求为基础，提出一种新型餐馆服务机器人人机系统(HRS)模式，探讨了基于质量功能展开(QFD)理论的餐馆服务机器人人因工程(HRE)设计方法。运用抽样调查法、问卷调查法和亲和图法(KJ)获取关于餐馆服务机器人用户需求的层次化模型。引入粗糙层次分析法 (RAHP)计算各需求特征所占权重，以此分析基于 QFD 的餐馆服务机器人 HRE 设计方法中的重点设计目标。将用户重点需求转化为设计要素，设定功能、外观及人机的详细质量特征，通过构建质量屋对质量功能展开研究，提出设计方案，最终运用 CATIA 人机分析软件对设计方案进行可用性评价及验证可行性。研究表明该设计方法及流程可提升餐馆服务机器人的可用性，为后续设计提供参考。

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移动端加载动效时距知觉影响机制研究

方浩，李梦凡，王中，崔水菁

2019, 40(4): 746-750. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040746

摘要 ( 73 )

PDF(732KB) ( 115 )

摘要：移动端加载动效是降低用户等待焦躁感的重要方式，探究其设计要素如何影响等待焦躁感对于设计创意具有重要意义。研究采用时距知觉来表征等待焦躁感，通过预期式实验范式和时距复制法，以设计要素速度、样式为自变量进行模拟情境下被试的时距知觉对比实验。实验结果表明：移动端加载动效均对降低等待焦躁感产生正向影响；动效速度主效应显著，加速条件下用户时距知觉最短；加载动效速度与类型交互作用显著，加速与卡通类组合的加载动效时距知觉最短、匀速与文字类组合的加载动效时距知觉最短，减速与 3 种动效样式组合对时距知觉的影响无显著差异。个体的时距知觉与加载动效速度和样式有关，通过对速度与样式的合理组合能够有效降低用户时距知觉，减少焦躁感，由此提出了基于科学实证的移动端加载动效设计策略。

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基于 GIS 的大型公共建筑轻量级运维管理平台研发与应用

文桥 1，张建平 1，向雪松 2，石涛 2，胡振中 3,1

2019, 40(4): 751-760. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040751

摘要 ( 118 )

PDF(1195KB) ( 177 )

摘要：大型公共建筑在商业、办公、旅游、科教文卫、通讯和交通等各个方面都有着不可替代的作用。但大型公共建筑的运维管理信息化平台开发和应用却有一定技术难度。为降低这一难度，提出一种基于 GIS 的大型公共建筑轻量级运维管理平台研发与应用方法。大型公共建筑图纸通过图形数据转换和编辑，转换为地图服务；大型公共建筑属性数据通过归纳总结，形成层次结构，并赋予唯一标识符，建立属性数据标准库；并以此为基础，梳理大型公共建筑运维管理流程，形成运维管理标准流程和数据流程；通过搭建统一的平台，完成上述 4 项结果的集成，并投入实际应用。该方法在一座大型机场航站楼进行了实际验证，开发了一套轻量级运维管理平台，实现了该航站楼运维管理的信息化，其结果验证了方法的有效性和可操作性。

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Revit 建模过程中窗墙面积比的合规性检查

闫秀英 1，王秀东 1，李大伟 2

2019, 40(4): 761-765. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040761

摘要 ( 151 )

PDF(3740KB) ( 482 )

摘要：在建筑设计过程中，窗墙面积比(简称窗墙比)值的大小对室内的空调能耗和照明能耗有很大的影响，将其控制在合理范围内对建筑节能意义重大。针对 Revit 建模过程中窗墙比选定的问题，研究了窗墙比的计算及合规性检查方法，以《公共建筑节能设计规范》 (GB50189-2015)中给出的窗墙比限值为依据，采用 C#语言开发出基于枚举的窗墙比合规性检查软件并将其集成到 Revit 中，实现对 Revit 模型窗墙比的合规性检查。以上海某办公楼为对象进行软件测试，结果表明该软件能够自动获取建筑所在地的窗墙比取值范围，计算出当前模型各立面的窗墙比并与之比较，当某立面窗墙比不满足规范时，能够迅速将其调至规范值范围内，并对调整后的各立面窗墙比是否满足国家标准作出评价。

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公路立交 BIM 参数化快速精确建模方法研究

王茹，权超超

2019, 40(4): 766-770. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040766

摘要 ( 170 )

PDF(672KB) ( 249 )

摘要：公路立交工程自身空间结构复杂、曲线交叉繁杂、跨桥线路复杂、桥面高程变化繁多等特点，给建模工作造成了极大的困难，大型立交桥的设计建模工作一直是工程界亟待解决的问题。采用 BIM 相关软件，针对公路立交工程的特点，通过将 BIM 相关建模软件与可视化编程插件——Dynamo 相结合的方法，详细论述了实时可编辑地形模型、主体结构精度模型以及批量附属设施的三维模型快速搭建方法。并通过具体操作实例证明该方法能提高公路立交 BIM 模型的搭建效率，可推动 BIM 技术在公路立交工程中的应用。

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基于 Revit 的桩基承台自动设计算法

张维锦，陈五琴

2019, 40(4): 771-777. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040771

摘要 ( 143 )

PDF(642KB) ( 189 )

摘要：针对 Revit 自有的功能构建建筑信息模型(BIM)效率较低等问题，基于 Revit 二次开发，在没有桩基承台平面布置 CAD 图的情况下，通过识别由结构分析软件生成的柱(墙)底内力图的图元信息，提出了一种桩基承台自动设计算法。该方法以 Revit 制作单桩竖向承载力特征值计算表为基础，在 C#中编写算法程序。根据桩基承台的构造和上部结构的要求自动设计出桩基承台，并将满足承载力要求的桩基承台准确地布置在相应的柱(墙)下，其显著地提高了桩基工程建模效率，且为后续工程量计算以及不同桩基础经济性比较提供便利。

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基于 4D-BIM 的曲港高速公路质量与安全研究

张超

2019, 40(4): 778-782. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040778

摘要 ( 102 )

PDF(1466KB) ( 184 )

摘要：为增强高速公路施工质量安全管理水平，将 4D 与 BIM (4D-BIM)技术应用于项目施工的实际管理过程中，开发了基于 BIM 的曲港(河北曲阳至黄骅港)高速公路建设管理系统。在高速公路工程中，进行了施工安全与质量监控及分析，并应用了 4D-BIM 时变结构安全分析系统。引入物联网、智能传感技术、数字监测等技术，对重点桥梁施工安全进行动态监测，实现基于物联网施工的数字化管理，从而提升公路工程质量安全管理水平。为 BIM 在高速公路工程质量安全管理中的应用提供了方法和实例，对深化施工阶段 BIM 应用具有重要价值。

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基于非遗和可拓语义的服务产品设计

段金娟 1，张峰 1，周鑫 2

2019, 40(4): 783-789. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040783

摘要 ( 143 )

PDF(778KB) ( 143 )

摘要：针对运用非物质文化遗产(简称“非遗”)进行产品创新设计过程中，对非遗源文化隐性知识表征与转换方法有效性不足的问题，提出一种基于非遗与可拓语义的产品创意设计方法。通过分析源文化，提取其中代表性的文化元素和文化特征，建立其可拓语义表征模型，从而得到文化特征与非遗的量化关系；计算文化特征的可拓设计空间，并运用图解思维将其转化为图解语义，通过可拓变换得到特定非遗元素的核心图解语义集，并构建其可拓图形元素库，为设计实践提供基础素材。以电动车充电服务设施的造型设计为例，验证该方法的可行性与合理性，结果显示运用可拓语义分析可以有效地提高非遗元素的提取和利用，为非遗创意产品造型设计提供设计方法支持。

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钣金件中匹配孔的半径差及轴线重合度自动检查

刘福 1，董玉德 1，王亮 1，宋健 1，

2019, 40(4): 790-795. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040790

摘要 ( 73 )

PDF(1045KB) ( 88 )

摘要：针对汽车钣金件中匹配孔的半径差及轴线重合度人工检查效率低、易遗漏等问题，提出了钣金件中匹配孔的半径差及轴线重合度自动检查方法。首先将获得的 B-Rep 三维模型以面壳封闭的方法拓扑分解为面基本单元；其次根据圆柱面具有 2 条半圆弧线和 2 条直线的特征对圆柱面进行筛选，并以其为基本单元对圆孔和槽孔进行提取；然后分别获取圆孔和槽孔的半径及轴线，并利用点到点和点到线距离方法，根据孔匹配原理对匹配孔进行检查分析；最后对半径差不满足要求和轴线不重合的孔对进行标注。借助 CATIA 的 CAA 开发平台对相关算法进行了系统设计，并验证方法的可行性。实例检查结果表明，该方法能够高效、准确的对钣金件中匹配孔的半径差及轴线重合度自动检查。

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大型矿用挖掘机操作界面的优化设计研究

张宏瑞 1，任家骏 1，李爱峰 2，赵静 1

2019, 40(4): 796-801. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040796

摘要 ( 112 )

PDF(1073KB) ( 129 )

摘要：针对大型矿用挖掘机操作元件布局不合理的问题，以人机工程学理论为基础，采用改进的 Topsis 法，将挖掘机驾驶室人机界面的设计元素进行量化分析。首先，根据驾驶室各元件在不同工况下的使用频率，采用改进的逼近理想解法对各元件进行优先排序。其次，为提高驾驶员的操作便利性与工作效率，综合利用功能分区原则、色彩设计原则等用户体验方法对操作元件进行重新布局与设计。最后，采用 0~5 打分表格法对重新布局设计前、后的操作界面进行主观评价。结果表明：重新设计后的操作界面人机交互性能评分较高，区域划分、元件分类更加合理，其中区域划分合理性提高近 40%，总体平均分值提高 35.4%。该方法为复杂人机界面的合理规划和布局提供了一种设计思路。

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苗绣艺术风格针迹模拟研究

冯培超，钱文华，徐丹，普园媛

2019, 40(4): 802-809. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040802

摘要 ( 126 )

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摘要：非真实感绘制(NPR)也称艺术化渲染，主要用于模拟艺术化的绘制风格。随着图像处理技术的不断发展，研究者已经对中国特有的中国水墨画、烙画、云南重彩画等艺术作品进行了模拟，目前对苗族刺绣的数字化模拟研究还不多见。苗族刺绣也称苗绣，经国务院批准列入我国第一批国家级非物质文化遗产名录，是我国装饰艺术园地里的一朵奇葩。以苗绣为研究对象，根据真实苗绣艺术作品特点，提出了一种多角度针迹的苗绣艺术风格绘制方法。首先，针对苗绣图案构图手法夸张、层次分明的特点，将目标图像灰度处理，采用多阈值处理图像的方法分割出多幅刺绣图像；然后采用形态学方法消除杂散点、填充空洞点并平滑图案边缘，获得圆润自然、紧凑饱满的特征图案；接着，使用一种基于图像矩阵空间变换和添加纵向纹理的针迹生成算法使每一幅刺绣图像生成不同角度的苗绣针迹纹理；再用图像线性组合的方法将多幅苗绣针迹纹理图像合成为纹理图；最后用 Alpha 透明度混合算法将苗绣纹理图和目标图像叠加，获得苗绣图案设色对比强烈的艺术特征，产生效果图像。实验证明，该方法能够模拟出真实苗绣艺术作品的多角度针迹纹理效果。

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面向设计的装饰纹样基因生成算法研究

赵海英 1,2，王婷婷 1

2019, 40(4): 810-815. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040810

摘要 ( 153 )

PDF(1909KB) ( 178 )

摘要：如何在图案生成过程中加入文化元素，使得生成图案能够传承一定的文化内涵是研究的关键问题。选取植物装饰纹样中的代表性纹样卷草纹作为研究对象，首先提出图案文化基因概念，并在此基础上将一个卷草纹样中有代表性的曲线分支作为其图案文化基因；进而提出一种改进的卷草纹样生成算法，从平衡因素进行考虑，利用 Runge-Kutta 方法进行物理模拟粒子在向量场中运动并将其作为生成规则，将设置的初始基元集利用生成规则进行卷草纹样的生成，同时设置曲线 ID 及区域 ID 防止不同分支之间相交或出界；最后将其运用到地毯、建筑、瓷器、剪纸等方面进行再设计，从而能够很好地进行创新应用和文化传承。

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与基于模型定义技术相融合的工程图学课程教学探讨

于勇 1，刘静华 1，赵罡 1,2

2019, 40(4): 816-821. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2019040816

摘要 ( 138 )

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摘要：针对工程图学课程教学，从工程应用角度介绍了产品定义技术所经历的 3 个阶段，即二维设计二维出图、三维设计二维出图和全三维数字化定义，引出基于模型技术的起源与应用发展。结合波音 787 飞机模型解析了基于模型定义数据集的组成和表达形式。引用航空标准中几何尺寸与公差标注方法，以圆柱面为例，探讨了与基于模型定义技术相融合的工程图学课程教学案例，对比分析了二维工程图和三维基于模型定义数据集的表达内容、表达形式和优缺点。与基于模型定义技术相融合的工程图学课程教学，一方面可以增加课堂信息量、拓宽学生的知识面，强化学生的工程基础，为后续专业课程学习和实际应用打下良好基础；另一方面也可以激发学生的学习兴趣和科研兴趣，形成科研与教学之间的良性互动。

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