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基于四边形网格的六边形网格生成方法研究

基于四边形网格的六边形网格生成方法研究

作者：郭斌文西北农林科技大学

学位级别：硕士

计算机技术不断发展的今天,离散化图形技术越来越受到重视。其中三角形网格和四边形网格在渲染、建模、分析中已经得到了广泛的研究和应用,但是在一些特定结构的物质中,这样的模型表示方法仍然不够准确,可以对部分材质进行精准建模、稳... 详细信息

计算机技术不断发展的今天,离散化图形技术越来越受到重视。其中三角形网格和四边形网格在渲染、建模、分析中已经得到了广泛的研究和应用,但是在一些特定结构的物质中,这样的模型表示方法仍然不够准确,可以对部分材质进行精准建模、稳定美观且具有广泛应用前景的六边形网格却只有较少的研究。为了生成六边形网格并加以研究,本文借用现有成熟的四边形网格来生成六边形网格,同时,为了解决在网格生成中可以加入用户的操作自由度以及使生成的面更接近正六边形,本研究提出了一种基于场引导的方法。最后,本文对两种算法以及对应生成的六边形网格进行分析和探索。本文主要完成以下工作:(1)基于分割方法生成六边形网格。通过对四边形网格进行分析,为实现简洁、高效且鲁棒的算法,同时考虑对奇点的良好处理,本文提出了基于分割的方式来生成六边形网格。(2)基于场引导方法生成六边形网格。通过使用方向场和位置场的引导,来生成6价的三角形网格,其本质是对自定义的商空间的平滑,进而生成六边形网格。该方法结合局部参数化和全局控制来达到全局最优,本文改进了层次结构的建立,使用随机GS迭代方法来计算最优结果,并且本方法增加了用户对与生成网格的边长的控制,在脱离四边形网格依赖的情况下,使网格的面更接近正六边形。(3)算法与网格分析。通过对生成网格与原四边形网格的对比分析、Hausdorff距离的理论分析与实际测量、算法的理论分析,对生成网格的几何特性进行了评估。通过对算法的时间复杂度进行理论分析和实验统计,了解两种算法的计算效率。通过对六边形网格与四边形网格的仿真实验,评估六边形网格的力学特性。最终实验分析表明,两种算法的Hausdorff距离分别不会超过最长边长和用户指定边长的两倍,保证了图形的几何特征,并通过进一步的探索发现,基于分割方法生成六边形网格是一种将四边形网格生成同等分辨率的对偶六边形网格技术,而基于场引导的方法生成六边形网格则由于能量平滑的方式不同,生成的网格会有不同的几何特性。在计算效率方面,两种算法计算高效,其一般图形下实际的计算时间统计结果显示均在数秒之内完成,基于分割方法生成六边形网格的算法则更是小于1秒,同时,在同等分辨率的条件下,六边形网格的受力更加均匀,整体形变更多,形变大小大致是四边形网格的2-5倍,其结构更容易吸收存储能量,具有良好的应用前景。

关键词：四边形网格六边形网格曲面参数化重新网格化

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三角形域上的超限插值方法

软件学报 2007年第2期18卷 430-441页

作者：徐琳国家自然科学基金委员会北京100085

在三角形域上构造对边界曲线和跨界导数插值的三角曲面是计算机辅助几何设计和计算机图形学等领域中的基本问题.此类问题称为三角形域上的超限插值问题.对现有三角形域上的超限插值方法进行了综述,并对现有三角形域上的超限插值方法以... 详细信息

在三角形域上构造对边界曲线和跨界导数插值的三角曲面是计算机辅助几何设计和计算机图形学等领域中的基本问题.此类问题称为三角形域上的超限插值问题.对现有三角形域上的超限插值方法进行了综述,并对现有三角形域上的超限插值方法以具体实例进行了比较.最后讨论了现有三角形域上的超限插值方法中有待进一步解决的问题.

关键词：三角曲面片超限插值多项式布尔和曲面参数化

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一种船体型线整体优化设计方法研究

中国造船 2013年第4期54卷 1-9页

作者：陈红梅于海蔡荣泉中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

依托数值优化集成系统,采用曲面参数化基础上的自由变形(FFD)技术,探讨了一种船体曲面整体优化方法。通过适当设定控制点及其变化方式,简易而直截了当地实现了横剖面的刚性纵向移动。以浮心纵向位置构建约束条件,以较少的设计变量,取得... 详细信息

依托数值优化集成系统,采用曲面参数化基础上的自由变形(FFD)技术,探讨了一种船体曲面整体优化方法。通过适当设定控制点及其变化方式,简易而直截了当地实现了横剖面的刚性纵向移动。以浮心纵向位置构建约束条件,以较少的设计变量,取得较明显的阻力性能收益。对这一方法,进行了概念性的演示和考察,显示其切实可行而且有效。

关键词：数值优化集成系统曲面参数化 FFD技术 SBD技术

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一种新颖的离心叶轮多工况气动优化设计方法

推进技术 2022年第11期43卷 121-134页

作者：刘基盛李威计良刘漫贤贺可太方鹏程北京科技大学机械工程学院北京100083 北京航天新立科技有限公司北京100074 中国科学院自动化研究所北京100190 清华大学工业工程系北京100084

为了改善离心叶轮多工况的气动性能,提出了一种基于切比雪夫算子排序的改进NSGA-Ⅱ算法,结合新颖的基于计算机图形学的双Bezier曲面参数化设计方法,并利用全三维流体动力学数值计算得到最优性能的叶轮。以某一燃料电池中的离心叶轮为研... 详细信息

为了改善离心叶轮多工况的气动性能,提出了一种基于切比雪夫算子排序的改进NSGA-Ⅱ算法,结合新颖的基于计算机图形学的双Bezier曲面参数化设计方法,并利用全三维流体动力学数值计算得到最优性能的叶轮。以某一燃料电池中的离心叶轮为研究对象,对额定工况和常用工况的等熵效率进行全局多目标寻优。优化结果表明,额定工况点等熵效率提高1.13%,质量流量提高5.47%,总压比提高1.4%。常用工况点等熵效率提高1.07%,质量流量提高8.3%,总压比提高0.35%,优化效果较为明显。

关键词：离心叶轮多工况优化改进NSGA-Ⅱ算法曲面参数化种群多样性

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具有正交等参线的Bézier曲面

计算机辅助设计与图形学学报 2015年第1期27卷 76-80页

作者：杨义军宋天琦杨承磊孟祥旭山东大学计算机科学与技术学院济南250101

Bézier曲面的表示形式在很大程度上决定了渲染和离散的结果质量.为了改进曲面等参线的正交性,给出了双线性Bézier曲面和双二次Bézier曲面满足曲面等参线正交性的约束条件,以及相应曲面的构造方法.首先提出了具备正交等参线的双线性... 详细信息

Bézier曲面的表示形式在很大程度上决定了渲染和离散的结果质量.为了改进曲面等参线的正交性,给出了双线性Bézier曲面和双二次Bézier曲面满足曲面等参线正交性的约束条件,以及相应曲面的构造方法.首先提出了具备正交等参线的双线性曲面只能是矩形;对于双二次Bézier曲面,通过将正交约束多项式的系数设置为0,整理推导出控制顶点需要满足的约束条件,再对每一组约束条件给出满足此约束条件的曲面构造性方法,得到在渲染和离散中的应用结果.纹理映射的实验结果表明,该方法是有效的.

关键词： Bézier曲面正交性曲面参数化

基于粒子群优化算法的三维点云NURBS曲面重构研究

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现代制造工程 2016年第3期 13-18页

作者：娄建玮吴禄慎陈华伟潍坊职业学院潍坊261041 南昌大学机电工程学院南昌330031

针对Delaunay三角化等传统方法在逆向工程曲面重构过程中存在着精准度不足、处理高维非线性问题时效率低等问题,提出一种基于粒子群优化算法的三维点云NURBS曲面重构方法。通过曲面参数化和曲面拟合两个关键步骤,使用粒子群优化算法确... 详细信息

针对Delaunay三角化等传统方法在逆向工程曲面重构过程中存在着精准度不足、处理高维非线性问题时效率低等问题,提出一种基于粒子群优化算法的三维点云NURBS曲面重构方法。通过曲面参数化和曲面拟合两个关键步骤,使用粒子群优化算法确定出控制点、节点矢量和权因子等NURBS曲面参数,实现了NURBS曲面重构。最后使用包含了开放、半封闭、封闭、实际扫描、多分支和自我交叉等5种不同类型具有代表性的曲面模型对算法进行验证。实验结果表明,该方法具有良好的鲁棒性、准确性和灵活性。

关键词：逆向工程曲面重构曲面参数化粒子群优化算法非均匀有理B样条曲面

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基于三维边缘重构的文档图像自动矫正方法

计算机应用研究 2007年第7期24卷 315-317,320页

作者：刘婀娜刘一斐祁建芳清华大学自动化系北京100084 河北北方学院网络信息中心河北张家口075000 河北北方学院数学系河北张家口075000

针对照相机对装订书籍拍照时由于书面弯曲产生文档图像变形的问题,利用从图像中提取的文档边缘作为特征信息,通过参数控制自动实现文档图像的矫正。与以往研究成果相比,本方法无须人工标记及特殊设备,具有一定的优越性。实验结果能够有... 详细信息

针对照相机对装订书籍拍照时由于书面弯曲产生文档图像变形的问题,利用从图像中提取的文档边缘作为特征信息,通过参数控制自动实现文档图像的矫正。与以往研究成果相比,本方法无须人工标记及特殊设备,具有一定的优越性。实验结果能够有效地对变形文档图像进行矫正。

关键词：文档图像变形矫正三维重构曲面参数化

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基于法矢调整的浮雕曲面粘贴算法

计算机应用 2011年第1期31卷 33-36页

作者：刘胜兰汤正翔李博张丽艳南京航空航天大学机电学院南京210016

浮雕是一类将细节附着在平面或曲面背景上的复杂曲面,设计时其背景大多为平面,应用时根据需要将其粘贴在不同的三维产品表面上,这就是浮雕曲面的粘贴问题。将浮雕和目标物体均用三角网格模型表示,提取粘贴的区域作为目标曲面并将其参数... 详细信息

浮雕是一类将细节附着在平面或曲面背景上的复杂曲面,设计时其背景大多为平面,应用时根据需要将其粘贴在不同的三维产品表面上,这就是浮雕曲面的粘贴问题。将浮雕和目标物体均用三角网格模型表示,提取粘贴的区域作为目标曲面并将其参数化到一个平面上,建立浮雕附着的平面与目标曲面之间的关系,然后设计一种法矢调整算法使得浮雕在目标曲面上变形较小,最后将浮雕和目标曲面合成为一个完整的三角网格。所提算法不仅适合形状变化平缓、曲率小的目标曲面,对于曲率大的目标曲面也有较好的粘贴效果。

关键词：浮雕曲面剪切粘贴网格编辑曲面参数化

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复杂曲面的纹理映射研究与实现

复杂曲面的纹理映射研究与实现

作者：董北虓北京化工大学

学位级别：硕士

目前，人们对计算机虚拟现实技术模拟真实世界的质量以及准确度要求越来越高。纹理映射技术作为真实感虚拟场景绘制的一种重要技术，具有增加模型表面细节信息的作用，纹理映射技术研究的出发点是将纹理图案尽量在失真小的情况下完整的... 详细信息

目前，人们对计算机虚拟现实技术模拟真实世界的质量以及准确度要求越来越高。纹理映射技术作为真实感虚拟场景绘制的一种重要技术，具有增加模型表面细节信息的作用，纹理映射技术研究的出发点是将纹理图案尽量在失真小的情况下完整的映射到曲面模型表面，因此本文开展了如下研究：首先利用曲面参数化可将可展三角网格曲面映射到二维参数域的特点，选取了重心参数化中的均匀参数化方法实现了不同曲率的可展三角网格曲面的纹理映射，通过对映射结果的比较分析，总结了该方法对可展曲面进行纹理映射的优缺点。立方体映射方法在处理三角网格曲面时会出现纹理图案压缩显示的现象，这是一种很严重的失真。本文提出了基于Surtherland-Hodgman算法的曲面分割方法对这个问题进行了处理，实验表明，在改进后的立方体映射中，纹理图案实现了比较自然的过渡。在对传统两步纹理映射法研究的基础上，本文提出了新的包围盒选取方法，该方法首先利用八叉树实现对曲面模型的剖分，然后取所有与曲面模型相交的叶子节点组成包围盒，这样形成的包围盒在形状上与模型曲面相近，从而减少了传统方法中出现的纹理扭曲。

关键词：纹理映射曲面参数化八叉树 OpenGL