图学学报

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2021年第1期目次

2021, 42(1): 0-0.

摘要 ( 443 )

PDF(220KB) ( 123 )

目次

图像处理与计算机视觉

基于深度学习与有向无环图 SVM 的局部调整年龄估计 ·········································· 李骏，杨雅志 (1)

基于注意力的短视频多模态情感分析 ······························· 黄欢，孙力娟，曹莹，郭剑，任恒毅 (8)

液晶字符识别的 CNN 和 SVM 组合分类器 ···································· 刘昶，徐超远，张鑫，薛磊 (15)

基于 Lp 伪范数和高阶 OGS 全变分的椒盐噪声去除 ······························· 程祝媛，倪婉贞，陈颖频 (23)

面向图像分类的基于注意力引导的 Dropout ················ 常东良，尹军辉，谢吉洋，孙维亚，马占宇 (32)

融合稀疏点云补全的 3D 目标检测算法 ·················································· 徐晨，倪蓉蓉，赵耀 (37)

关键人脸轮廓区域卡通风格化生成算法 ················································ 范林龙，李毅，张笑钦 (44)

一种水下鱼类动态视觉序列运动目标检测方法······ 张明华，龙腾，宋巍，黄冬梅，梅海彬，覃学标 (52)

一种基于色彩补偿的水下图像综合增强算法 ······················ 杨淼，王海文，胡珂，殷歌，胡金通 (59)

结合时序网络和金字塔融合的稳像修复方法 ·················· 刘清，李世超，王文杉，师文喜，成科扬 (65)

计算机图形学与虚拟现实

基于 Leap Motion 的电影前期预演人机交互方法 ··································· 赵建军，黄竣鹏，陈俊良 (71)

支持力反馈的沉浸式物理学习环境的构建·········· 郑明钰，李家和，张晗，骆岩林，申佳丽，朱小明 (79)

AR 物理实验中的磁感线仿真 ····································· 苗晋达，罗天任，蔡宁，张明敏，潘志庚 (87)

基于像素聚类的空间变化表面材质建模 ··················································· 冯洁，李博，周秉锋 (94)

基于稀疏超采样的时间性反走样算法 ··················································· 李根，陈文倩，张严辞 (101)

一种低次的变次数样条曲线的细分算法 ···························································· 沈莞蔷，张虎 (110)

数字化设计与制造

基于深度学习的孔特征可制造性分析方法 ··············································· 张航，张树生，杨磊 (117)

建筑与城市信息模型

基于 BIM 技术的被动式建筑节能因子多目标优化研究 ········································ 孙少楠，吴家伟 (124)

基于 BIM 模型的结构设计审查方法研究 ···················· 张吉松，赵丽华，崔英辉，任国乾，李海江 (133)

基于投影的施工图像与 BIM 模型配准叠加方法 ··························· 侯学良，薛靖国，王毅，曾颖 (141)

工业设计

基于 FBS 拓展模型的可穿戴式康复机械手设计研究

································································ 孙利，张鹏，吴俭涛，戴成，姜楠，卢智彬 (150)

基于 TRIZ 理论的行李箱创新设计 ································ 杨勤，李炜烙，周艾，刘大帅，王卫星 (158)

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基于深度学习与有向无环图 SVM 的局部调整年龄估计

李骏, 杨雅志

2021, 42(1): 1-7. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010001

摘要 ( 231 )

PDF(1469KB) ( 336 )

为了进一步从人脸图像中提高年龄估计的精度，提出一种基于深度学习与有向无环图支持向量机(SVM)的局部调整年龄估计算法。在训练阶段，首先将经过 VGGFace2 数据集预训练的 SE-ResNet-50 网络进行微调，并在收敛时提取全连接层，将其首尾相连形成的向量作为表征并训练得到多个 one-versus-one SVM；在测试阶段，先将待估计人脸图像送入 SE-ResNet-50 以得到一个较为粗略的年龄估计值，然后设定具体邻域，最后将训练而成的 SVM 组合为一个有向无环图 SVM 并以全局估计值为中心进行精准的年龄估计。为了表明算法的普适性，在不同种族的 MORPH 和 AFAD 图像集中进行了实验，结果验证了算法的有效性。

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基于注意力的短视频多模态情感分析

黄欢 , 孙力娟 , 曹莹 , 郭剑 , 任恒毅

2021, 42(1): 8-14. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010008

摘要 ( 727 )

PDF(1073KB) ( 452 )

针对现有的情感分析方法缺乏对短视频中信息的充分考虑，从而导致不恰当的情感分析结果。基于音视频的多模态情感分析(AV-MSA)模型便由此产生，模型通过利用视频帧图像中的视觉特征和音频信息来完成短视频的情感分析。模型分为视觉与音频 2 分支，音频分支采用卷积神经网络(CNN)架构来提取音频图谱中的情感特征，实现情感分析的目的；视觉分支则采用 3D 卷积操作来增加视觉特征的时间相关性。并在 Resnet 的基础上，突出情感相关特征，添加了注意力机制，以提高模型对信息特征的敏感性。最后，设计了一种交叉投票机制用于融合视觉分支和音频分支的结果，产生情感分析的最终结果。AV-MSA 模型在 IEMOCAP 和微博视听(WB-AV)数据集上进行了评估, 实验结果表明，与现有算法相比，AV-MSA 在分类精确度上有了较大的提升。

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液晶字符识别的 CNN 和 SVM 组合分类器

刘昶, 徐超远, 张鑫, 薛磊

2021, 42(1): 15-22. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010015

摘要 ( 128 )

PDF(1971KB) ( 233 )

针对仪表液晶显示字符识别问题，提出一种结合了卷积神经网络(CNN)和支持向量机(SVM)的字符识别方法。分别采用具有并联结构的 CNN 模型和基于梯度方向直方图(HOG)特征的 SVM 方法构建基本分类器，当 2 个分类器的结果存在冲突时，利用 CNN 的 softmax 输出最大值判决最终结果，当其大于设定阈值时采用 CNN 分类器的结果，反之采用 SVM 分类器的结果。建立字符图像的误差模型并利用仿真方法构建了数据集用于分类器的训练和测试，给出一种基于投票原理的最优阈值的估计算法。在 MNIST 和仿真数据集上的测试实验结果表明，最优阈值估计算法的结果可靠，组合分类器的准确率较 2 种单一分类器均有提高，在实际测试系统上其准确率达到 99.81%，验证了该组合分类器方法对液晶字符识别问题的有效性；在 CIFAR-10 数据集上的实验结果验证了该方法也可用于其他分类问题。

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基于Lp伪范数和高阶OGS全变分的椒盐噪声去除

程祝媛 , 倪婉贞 , 陈颖频

2021, 42(1): 16-31. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010023

摘要 ( 165 )

PDF(1240KB) ( 111 )

全变分(TV)模型广泛应用于椒盐噪声的去除。然而，TV 模型中存在着严重的阶梯效应。近年来，由于低阶交叠组稀疏(LOGS)全变分能够很好地抑制阶梯效应，受到了越来越多的关注，但仍有改进空间。实际上，其只考虑一阶图像梯度的先验信息，而忽略了高阶图像梯度的先验信息。为了进一步提高恢复图像的质量，提出了一种结合 Lp 伪范数的高阶 OGS 全变分，在利用高阶梯度的 OGS 约束更好地描述图像梯度稀疏先验的同时，还利用 Lp 伪范数的强稀疏诱导能力更好地描述椒盐噪声的稀疏性。该模型采用交替方向乘子法求解，并将模型分解为若干个子问题求解。最后，通过实验验证了该模型的正确性，并结合峰值信噪比、结构相似性度和梯度幅值相似性偏差对模型的恢复性能进行了评价。实验结果表明，该方法相比一些先进的去噪模型具有很强的竞争力。

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面向图像分类的基于注意力引导的 Dropout

常东良 , 尹军辉 , 谢吉洋 , 孙维亚 , 马占宇

2021, 42(1): 32-36. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010032

摘要 ( 172 )

PDF(465KB) ( 134 )

当一个较大的神经网络在较少的训练数据上训练时，不可避免的会遭遇过拟合问题，进而在测试数据集上泛化性能较差。因此，提出了多种基于 Dropout 的正则化方法来缓解这个问题。虽然，这些方法不能直接促使模型关注有较低判别力的特征，但对减少过拟合同样非常重要。为解决该问题，提出了一种基于注意力引导的 Dropout (AD)，利用自监督机制更高效地缓解特征描述算子之间的协同自适应问题。AD 包含 2 个独特的组件：①特征的重要性度量机制，通过 SE-Block 度量得到每个特征的重要程度；②基于可学习丢弃概率的 Dropout，通过丢弃“较好”的特征检测算子，强迫“较差”的特征检测算子学习到一个较好的特征表示，从而缓解特征检测算子之间的协同自适应并促使模型学习拥有较低判别力的特征。实验结果表明该方法可以容易地被应用到各种卷积神经网络(CNN)结构里，并获得较好的性能。

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融合稀疏点云补全的 3D 目标检测算法

徐晨 , 倪蓉蓉 , 赵耀 ,

2021, 42(1): 37-43. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010037

摘要 ( 552 )

PDF(5702KB) ( 323 )

基于雷达点云的 3D 目标检测方法有效地解决了 RGB 图像的 2D 目标检测易受光照、天气等因素影响的问题。但由于雷达的分辨率以及扫描距离等问题，激光雷达采集到的点云往往是稀疏的，这将会影响 3D 目标检测精度。针对这个问题，提出一种融合稀疏点云补全的目标检测算法，采用编码、解码机制构建点云补全网络，由输入的部分稀疏点云生成完整的密集点云，根据级联解码方式的特性，定义了一个新的复合损失函数。除了原有的折叠解码阶段的损失之外，还增加了全连接解码阶段存在的损失，以保证解码网络的总体误差最小，从而使得点云补全网络生成信息更完整的密集点云 Ydetail，并将补全的点云应用到 3D 目标检测任务中。实验结果表明，该算法能够很好地将 KITTI 数据集中稀疏的汽车点云补全，并且有效地提升目标检测的精度，特别是针对中等和困难等级的数据效果更佳，提升幅度分别达到 6.81%和 9.29%。

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关键人脸轮廓区域卡通风格化生成算法

范林龙 , 李毅 , 张笑钦

2021, 42(1): 44-51. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010044

摘要 ( 213 )

PDF(5877KB) ( 148 )

针对人脸轮廓特征区域的局部化限定，结合关键特征点的提取和脸部邻近颜色区域的融合，并引入注意力机制，提出了一种基于 CycleGAN 的关键人脸轮廓区域卡通风格化生成算法，以此作为初始样本构建生成对抗网络(GAN)并获取自然融合的局部卡通风格化人脸图像。利用人脸轮廓及关键特征点进行提取，结合颜色特征信息限定关键人脸风格化区域，并通过局部区域二值化生成关键区域人脸预处理的采样图像；为了使生成图像能够自然匹配所提取特征区域，利用均值滤波操作对所提取区域的边缘轮廓进行平滑羽化处理，并相应地扩展风格化生成图像的过渡区域；最后通过构建基于无监督学习的生成对抗网络，使用训练数据集进行人脸图像局部轮廓特征区域的卡通风格化生成。算法对人脸轮廓区域的边缘及邻近区域颜色进行滤波处理，可实现良好的边缘轮廓过渡融合，生成自然的人脸局部轮廓区域的卡通风格化图像。实验结果表明，该算法对于人脸图像的生成具有很高的鲁棒性，能够应用于各种尺度人脸图像的风格化生成。

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一种水下鱼类动态视觉序列运动目标检测方法

张明华 , 龙腾 , 宋巍 , 黄冬梅 , 梅海彬 , 覃学标

2021, 42(1): 52-58. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010052

摘要 ( 198 )

PDF(2507KB) ( 121 )

针对水下视频质量不高、视频模糊不清甚至很难辨认的问题，利用计算机视觉技术对水下鱼类目标进行快速目标检测，提出了一种基于背景去除的水下视频目标检测方法。设计适合水下环境的鱼类目标检测框架，使用偏最小二乘(PLS)分类器进行目标检测。利用水下拍摄的鱼类数据集收集输入的视频序列，并提取单独的帧。将帧的 RGB 格式转换为 HSI 格式并进行中值滤波器去噪的预处理，利用 GMG 背景去除过程，提取了基于局部二值模式(LBP)纹理和灰度系数的重要特征，最后将所提取的特征，利用 PLS 分类器，实现了分别对白天及夜晚环境中的水下鱼类目标检测。结果表明，该方法在水下拍摄的鱼类视频数据集目标检测精度可达 96.89%，提高了检测效率，降低了人工成本。为水下鱼类等生物资源的监测、保护和可持续开发等工程应用提供了一定的参考价值。

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一种基于色彩补偿的水下图像综合增强算法

杨淼 , 王海文 , 胡珂 , 殷歌 , 胡金通

2021, 42(1): 59-64. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010059

摘要 ( 270 )

PDF(1217KB) ( 321 )

针对退化的水下图像在高级视觉分析任务中无法进行有效的目标检测及识别的问题，提出了一种通过色彩补偿和对比度拉伸，HSV 空间 γ 校正和亮度通道去模糊系列方法实现了对水下图像的色彩校正、色彩对比度、饱和度和细节清晰度的综合提高。其中，提出了基于高斯滤波的亮度通道去散射方法，并对典型水体水下图像综合增强参数进行了分析。实验对比了综合增强方法和其他增强方法对偏蓝、偏绿、偏黄、白色近岸浅滩水下图像的处理结果并通过目标检测网络对 7 种算法增强后的水下图像数据集进行训练与测试，对比了平均水下目标识别准确率和检测到的目标数量与实际目标数量的比值来评估各个增强算法对于水下目标识别和检测任务中的作用。实验表明，与现有方法相比，该算法不仅可以有效地实现各类水下图像清晰度和色彩增强，适用范围广，而且可以有效地提高水下图像目标识别任务的准确率和检测数量。

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结合时序网络和金字塔融合的稳像修复方法

刘清 , 李世超 , 王文杉 , 师文喜 , 成科扬 ,

2021, 42(1): 65-70. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010065

摘要 ( 128 )

PDF(4228KB) ( 83 )

针对视频稳像领域内视频图像缺损填充效果不佳，严重影响视觉效果，且导致稳像处理后的视频不稳的黑边填充问题，提出了一种基于时序网络预测和金字塔融合的图像修复方法。首先结合预裁剪机制自适应判断当前帧是否需修复；然后将截止至当前时刻的所有帧送入卷积神经网络(CNN)和门控循环单元(GRU) 的模型进行待填充部分的预测；随后采用改进的加权最佳缝合线进行拼接并在高斯拉普拉斯金字塔中进行图像融合重构；最终在重构完成后裁剪尺寸。实验结果表明，该方法平均峰值信噪比(PSNR)相较于对比算法提高了 2~5 dB，平均结构相似度(SSIM)较对比算法提升了约 2%~7%。该方法修复后的视频缺损填充自然，视觉效果较为稳定，即使在黑边面积较大时也有良好的修复效果，可用于多种摄像平台及不同场景下。

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基于 Leap Motion 的电影前期预演人机交互方法

赵建军, 黄竣鹏, 陈俊良

2021, 42(1): 71-78. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010071

摘要 ( 137 )

PDF(3018KB) ( 112 )

随着虚拟现实(VR)技术的发展，虚拟预演逐渐成为电影制作流程中不可或缺的一环，如何使用自然、多模态的交互方式，结合三维实时渲染引擎，提高电影制作人员在前期预演中的参与感，是该领域的重要研究内容。针对当前虚拟预演中使用的交互方式大多为光学运动捕捉系统等，存在价格昂贵、操作难度高、便携性差等问题。提出一种基于 Leap Motion 的电影前期预演人机交互方式，在获得精准数据的同时，大大降低了操作难度与设备成本，电影制作人员使用手势交互控制虚拟角色的运动轨迹，完成不同运动状态的切换，并结合运动捕获数据库，直接参与到前期预演中。通过方案验证，该方法的用户体验更加自然、友好、直观和高效。

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支持力反馈的沉浸式物理学习环境的构建

郑明钰, 李家和, 张晗, 骆岩林, 申佳丽, 朱小明

2021, 42(1): 79-86. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010079

摘要 ( 159 )

PDF(907KB) ( 99 )

随着虚拟现实(VR)技术的发展，沉浸式学习环境在教育教学领域应用前景日趋广阔，如物理实验仿真教学。然而，现有虚拟学习环境大多只能提供视觉与听觉的交互，不支持力触觉交互，存在弊端。项目组将力反馈技术应用于虚拟学习环境，描述一个支持力反馈的沉浸式物理学习环境的总体框架和开发流程。使用 Touch 力反馈设备，借助 Unity3D 软件和 OpenHaptics 力觉函数库，设计实现典型案例：重力和摩擦力实验。通过实验得出：支持力反馈的沉浸式物理学习环境，具有更好的沉浸感和自然交互性，可加深学生对抽象物理概念和规律的理解，提高学习兴趣和自主性。

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AR 物理实验中的磁感线仿真

苗晋达 , 罗天任 , 蔡宁 , 张明敏 , 潘志庚

2021, 42(1): 87-93. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010087

摘要 ( 233 )

PDF(2429KB) ( 143 )

针对如何在中学物理实验中，在增强现实(AR)的虚拟环境中模拟出符合物理规律的磁感线、电场线等曲线的问题，研究了一套在三维空间中拟合出符合磁感线性质的磁感线算法，并将其应用到多模态自然交互的 AR 实验系统中。该算法使用四阶龙格库塔方法生成磁感线，并在必要时使用能量最小化的方法进行修正。该 AR 系统使用基于实物套件的增强现实并利用多相机协同 AR 三维注册来克服传统二维 MARK 跟踪失效问题。最终以中学教学中常见的电生磁实验为例，测试了该磁感线生成算法和实验系统。结果表明，该磁感线符合物理定律，并可以较好地服务于电磁相关的物理实验中，具有解决实验现象不明显，使学生理解更为直观透彻的实际意义。

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基于像素聚类的空间变化表面材质建模

冯洁 , 李博 , 周秉锋 ,

2021, 42(1): 94-100. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010094

摘要 ( 99 )

PDF(8733KB) ( 80 )

针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法。仅需利用消费级手机，在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像，即可计算重建其表面的双向反射分布函数 (svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性。其中对 BRDF 参数的拟合采用了一种基于像素聚类的策略，即假定具有相似外观和结构特征的像素属于同种材质、共用一组参数，从而大幅降低参数拟合的难度。在此基础上，通过一种新的迭代多步优化方案对全局和空间变化的参数进行拟合，产生高分辨率的 BRDF 参数纹理图。该方法不依赖特殊设备，也无需采集海量数据，就能够为包括金属材质、各向异性材质等在内的多种类表面材质产生高质量的 BRDF 参数图，以及高真实感的基于物理的绘制结果，因此更易于实现和应用。

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基于稀疏超采样的时间性反走样算法

李根, 陈文倩, 张严辞

2021, 42(1): 101-109. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010101

摘要 ( 168 )

PDF(3494KB) ( 122 )

针对时间性反走样算法在处理帧间复用时，若场景中有较多高频颜色区域或精细模型会造成重影、模糊、闪烁及子像素细节丢失的问题，提出了基于稀疏超采样的时间性反走样算法。基本思想是，在时间性反走样算法的基础上，对于无法复用历史帧像素，重新引入空间域的超采样，利用剔除算法以避免不必要的绘制开销，实现对场景的稀疏超采样。实验结果表明，该算法能够得到与超采样算法媲美的反走样效果，并具有更高的渲染效率，有效避免重影、模糊、闪烁及子像素细节丢失的问题。

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一种低次的变次数样条曲线的细分算法

沈莞蔷, 张虎

2021, 42(1): 110-116. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010110

摘要 ( 91 )

PDF(594KB) ( 94 )

提出一种变次数样条曲线的细分算法，在细分前可指定每段的次数和异次段间的连续性，其中，每段的次数可在[1,4]上任选，异次段间的连续性可在 C0 和 C1 中任选，同次段间的连续阶为次数减 1。算法使用变次数样条的插节点性质，在所有非零节点区间中，整体插入中点，精确地给出细分前后基函数的关系，同时，利用细分生成的变次数样条的节点区间与次数成比例的方法，使得细分过程中，异次段间的插值系数较为简单。细分过程可表示为线性插值的形式，但不同于非对称的每段分别进行的局部插值方法，而是具有类似均匀 B 样条的 Lane-Riesenfeld 细分的整体插值方式，因此，包含次数≤4 时的 Lane-Riesenfeld 细分方法。

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基于深度学习的孔特征可制造性分析方法

张航, 张树生, 杨磊

2021, 42(1): 117-123. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010117

摘要 ( 131 )

PDF(1346KB) ( 102 )

针对传统基于知识库及规则库的零件可制造性分析方法柔性差，以及现有基于深度学习的可制造性分析方法无法给出零件具体不可制造原因的现状，提出一种基于深度学习的零件可制造性分析方法。首先，通过数字化建模技术构建大量带有具体可制造性类别标签的三维 CAD 模型，并进行点云提取，从而构建深度学习所需数据集；然后，基于 PointNet 网络结构搭建面向孔特征可制造性分析的深度学习网络，并完成网络的调参及训练；之后通过与基于体素表示的三维卷积神经网络(3D-CNN)及已有方法进行对比，说明所搭建的点云深度学习网络具有更好的鲁棒性和较低的算法时间复杂度；最后通过一个实例零件对网络的实际性能进行检验，对孔特征进行可制造性分析，识别出不可制造的孔特征，并说明其原因。实验结果表明，该方法能够在保证较高识别准确率同时得出特征不可制造的具体原因，具有更大的使用价值。

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基于 BIM 技术的被动式建筑节能因子多目标优化研究

孙少楠, 吴家伟

2021, 42(1): 124-132. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010124

摘要 ( 168 )

PDF(3961KB) ( 172 )

为了研究被动式建筑节能策略，在原有的 BIM 模型基础上生成建筑能耗模型，通过 gbXML 数据标准进行数据共享，在 Grasshopper 平台导入参数化建筑性能模拟模型，对目标建筑外表面进行太阳辐射分析，确定以西面遮阳板倾斜角和深度、南面和西面窗墙比、外墙保温板厚度为被动式节能技术变量指标。利用 OpenStudio 进行建筑能耗分析，Daysim 进行全年动态自然采光模拟分析，以空间日光自主评价指标 sDA300/50%、全年制冷、供暖能耗为相互制衡的适应度目标函数。最后使用 NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化，得出帕累托前沿解集。研究表明：寒冷 B 区，固定遮阳无法平衡制冷和供暖能耗目标。窗墙比仅通过制冷、供暖能耗目标无法进行优化设计，应结合自然采光性能进行制衡。同时增加保温层厚度，提升外墙保温效果。BIM 模型提供了建筑性能模拟数据来源，Grasshopper 平台结合模拟引擎和优化算法进行耦合分析，为被动式节能因子指标最优值的搜索带来新的思路。

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基于 BIM 模型的结构设计审查方法研究

张吉松 , 赵丽华 , 崔英辉 , 任国乾 , 李海江

2021, 42(1): 133-140. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010133

摘要 ( 298 )

PDF(779KB) ( 253 )

建筑信息模型(BIM)作为建筑工程的数字化表达，正在成为实现建筑全生命期信息化、工业化和智能化的重要手段。以 BIM 模型作为设计交付成果是未来建筑设计领域发展趋势。然而，现阶段建筑结构设计的审查工作还是以人工手动审查为主，普遍存在主观、效率偏低且易出差错等问题。因此，以框架结构模型审查为实例，通过关系数据库方法解析 BIM 模型数据，采用 Java 编程转译结构设计规范条文，提出一种基于 BIM 模型的结构设计审查方法。实现过程包括：①模型准备与信息映射；② 规范条款分类和转译；③ 建立连接和代码执行。结果表明：该方法可以部分实现结构模型的自动化审查，提高了设计审查工作的科学性、可靠性和规范性，为今后全面实现设计审查的自动化和智能化提供了技术基础和参考方法。

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基于投影的施工图像与 BIM 模型配准叠加方法

侯学良 , 薛靖国 , 王毅 , 曾颖

2021, 42(1): 141-149. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010141

摘要 ( 224 )

PDF(6006KB) ( 228 )

为了将计划式建筑信息模型(BIM)中的施工过程模拟与施工现场状态相结合，以直观比较建筑结构施工阶段实际施工进度与计划进度之间的偏差，提出了基于投影模型的施工图像与 BIM 模型配准叠加方法。首先，在对相机投影模型和相机标定方法分析的基础上，建立了施工现场图像与相机成像平面的坐标映射关系；其次，利用 Navisworks 应用程序接口开发了建筑施工图像叠加管理系统，实现了施工图像与 BIM 模型平面野的叠加；然后，基于叠加图像组之间的变形特点，提出了评判配准效果的评价模型；最后，以某商住楼施工现场为例进行了实证分析。实验结果表明，叠加效果最好的方式为在着色模式下，高亮显示待观察 BIM 模型构件，并将上层图像透明度设置为 35%~65%之间；当拍摄姿态为平视时，配准效果明显优于仰视时的配准效果；所有相机的叠加效果偏差都在可接受误差内，该方法能够有效地实现施工图像与 BIM 模型的配准，直观地反映建筑结构施工阶段计划模型与实际施工状态之间的偏差。

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基于 FBS 拓展模型的可穿戴式康复机械手设计研究

孙利, 张鹏, 吴俭涛, 戴成, 姜楠, 卢智彬

2021, 42(1): 150-157. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010150

摘要 ( 246 )

PDF(1596KB) ( 281 )

康复机械手是康复医学和机器人技术的结合，其目的是通过外带辅助器具约束受伤肢体的运动范围，重建手部的运动系统功能，从而对患者患肢进行康复治疗。对功能-行为-结构(FBS)模型进行拓展，以设计知识流理论为出发点，融入用户需求和原理空间构建了基于 FBS 拓展模型的康复机械手设计方案。通过对需求-功能-原理-行为-结构(PFWBS)迭代设计解耦，并结合手部的生物学结构，系统分析了康复机械手概念模型映射过程。构建了康复机械手功构求解策略，为脑卒中患者设计了一款可穿戴式康复机械手，通过仿真分析和工作空间求解，验证了康复机械手机构的合理性。结果表明，基于 FBS 拓展模型的映射求解策略为康复机械手的设计研究提供了理论基础和实践策略，能有效提升用户体验。

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基于 TRIZ 理论的行李箱创新设计

杨勤 , 李炜烙 , 周艾 , 刘大帅 , 王卫星

2021, 42(1): 158-164. DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2021010158

摘要 ( 1249 )

PDF(7682KB) ( 918 )

结合网络和实地用户调研、用户行为模拟、功能系统分析等方法，分析用户在行李箱使用过程中存在的问题；运用 TRIZ 创新发明理论分析出现的问题并转换为 TRIZ 标准问题，采用对应的发明措施原理并结合行李箱的实际使用情况，对行李箱进行设计研究，并通过 Jack 仿真验证了设计的合理性。解决了行李箱的现有使用问题，获得了行李箱创新设计解决方案。通过对用户行为习惯进行模拟分析、功能分析、结合 TRIZ 发明原理优化了行李箱设计流程，优化了用户的使用方式，改善了用户体验。

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2021年42卷第1期

2021, 42(1): 165-165.

摘要 ( 56 )

PDF(60851KB) ( 84 )

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