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职业 2012年第6期 10-11页

作者：罗文冬浙江省宁波市宁海县技工学校

机械制图课堂教学过程中学生通常会遇到一些学习困难,造成学习困难的原因是多方面的,其中一个重要的原因是学生在学习过程中缺乏一定的空间想象力,因而造成对所学知识理解上的障碍。如果学生空间想象力得不到有效的培养,那么他们在学习... 详细信息

机械制图课堂教学过程中学生通常会遇到一些学习困难,造成学习困难的原因是多方面的,其中一个重要的原因是学生在学习过程中缺乏一定的空间想象力,因而造成对所学知识理解上的障碍。如果学生空间想象力得不到有效的培养,那么他们在学习过程中遇到的问题将会不断累积,并可能造成后续学习的种种深层次问题,学生难免就会产生厌学情绪。因此,在机械制图课堂教学中培养学生的空间想象能力有着非常重要的现实意义。而如何能够有效地培养学生空间想象能力是一个值得探讨的问题。比较各种方法以后,笔者认为还是模型切割法相对比较直观和有效。而且这种教学方法不仅对学生,而且对老师、对企业都有着积极作用。

关键词：空间想象力直观教学模型切割机械制图理实一体

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基于移动顶点的肝脏模型渐进切割算法

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哈尔滨工程大学学报 2021年第3期42卷 413-419页

作者：张峰峰黄轲于凌涛詹蔚苏州大学机电工程学院江苏苏州215006 苏州大学苏州纳米科技协同创新中心江苏苏州215123 哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001 苏州大学附属第一医院江苏苏州215000

针对肝脏三维模型切割算法计算量大、实时性差,并且切割操作容易生成小三角形和狭长三角形等退化三角形等问题,本文提出了一种将四面体切割中的移动顶点法应用于渐进式面模型切割的方法。使用本文提出的光线投射法进行碰撞检测获取切割... 详细信息

针对肝脏三维模型切割算法计算量大、实时性差,并且切割操作容易生成小三角形和狭长三角形等退化三角形等问题,本文提出了一种将四面体切割中的移动顶点法应用于渐进式面模型切割的方法。使用本文提出的光线投射法进行碰撞检测获取切割点,筛选出满足条件的最近点将其移动到切割点;同时根据空圆特性对最近点附近的三角面片进行优化,消除了退化三角形;对切割过程中切割面的构造进行了研究,能够实时生成与实际切割深度相同的切割面。实验过程中刷新率保持在119±2 Hz,表明本文提出的逐步重建的算法具有良好的实时性和稳定性,能够很好地消除退化三角形,使得切割仿真的切面真实性大大提高。

关键词：面模型移动顶点法模型切割退化三角形 Delaunay 切割面碰撞检测网格重构

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基于倾斜摄影三维模型的模型修整系统开发与应用

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作者：刘伊宁东北大学

学位级别：硕士

倾斜摄影测量三维重建已经成为城市建模的主要手段,其具有高效率、高精度、高真实感和生产成本低的优点,但也面临海量数据、一张皮和细节质量较差的挑战。航拍影像中遮挡、弱纹理、光照不同、阴影等因素,可能会导致倾斜摄影三维模型中... 详细信息

倾斜摄影测量三维重建已经成为城市建模的主要手段,其具有高效率、高精度、高真实感和生产成本低的优点,但也面临海量数据、一张皮和细节质量较差的挑战。航拍影像中遮挡、弱纹理、光照不同、阴影等因素,可能会导致倾斜摄影三维模型中存在粘连、孔洞、色差、扭曲等情况,影响模型场景的真实感。本文在分析国内外研究现状的基础上,针对上述倾斜摄影三维模型中常见问题展开研究,主要内容如下:1)根据倾斜摄影三维模型特点完成系统文件管理、数据库和框架的设计,达到对海量模型文件快速检索和快速处理的目的。根据模型空间划分和LOD结合的特点,设计模型数据库,用于存储模型文件的空间信息,并为系统功能处理提供快速检索文件功能;根据需求构建各模块数据类和结构体,实现系统数据组织与管理。结合计算机技术特点,对系统的操作流程进行合理的设计,尤其对于选择、绘制和任务管理与处理等人机交互的操作步骤进行精简,利用多线程、批量处理等技术手段优化系统交互和提高模型处理效率。2)本文解决了模型修整涉及的关键问题。根据切割三角面片设计并实现任意平面对模型三角网切割算法,提高切割的准确性和边缘平整度,实现连续三角网物理分离,是多项修整功能的基础;利用仿射变换算法实现对纹理图片的局部修改,解决三角形在图像中投影发生形变的问题,为模型纹理色差等相关问题的修复提供支持;基于模型切割实现将外部模型向场景模型的数据融合,减小单文件的数据增加量和维持原模型空间划分,避免数据冗余。3)模型修整功能设计与实现。针对倾斜摄影三维模型中存在的孔洞、残缺、扭曲等问题,本文系统基于关键技术研究和联动外部软件(如PhotoShop),设计并实现棱线修复、模型整平、孔洞填补、悬浮物剔除、纹理修复和模型裁切六个主要功能,可以通过单一或多项功能组合的方式完成对模型中常见问题的修整。本文所述系统基于底层语言C++、SQL和OpenCV、OSG、SQLite3等开源库底层开发。通过实践应用表明本文模型修整系统,能够解决倾斜摄影三维模型中存在的常见问题,在细节层次提升模型质量,满足倾斜摄影三维模型的应用需求。

关键词：倾斜摄影三维模型模型切割纹理修改棱线修复孔洞填补

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文物虚拟挖掘真实感模拟的研究与应用

文物虚拟挖掘真实感模拟的研究与应用

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作者：李思佳西北大学

学位级别：硕士

近年来,通过虚拟现实技术还原虚拟场景和实现交互的研究越来越多,因此关于基于虚拟现实的文物复原方面的研究也逐渐成为热点。传统的文物碎片数字化展示多为静态的图像、模型,其沉浸感和交互性还不足。本文关于在文物虚拟挖掘这一交互... 详细信息

近年来,通过虚拟现实技术还原虚拟场景和实现交互的研究越来越多,因此关于基于虚拟现实的文物复原方面的研究也逐渐成为热点。传统的文物碎片数字化展示多为静态的图像、模型,其沉浸感和交互性还不足。本文关于在文物虚拟挖掘这一交互式模拟中,针对探铲和泥土坑基的三维模型之间的交互性进行分析,以及土壤粒子的运动状态进行研究,动态真实的模拟其交互过程,展开相关工作。本文研究工作包括:(1)对于模拟泥土被翻动挖掘时的视觉效果,泥土坑采用坑基与探铲的复合模型,并且伴随着探铲周围少量粒子颗粒。为进一步提高运行效率,针对于坑基与探铲集复合模型的渲染,提出一种较规则的大网格模型加法线贴图来构建泥土坑基,并通过有限个考古探铲集动态切割泥土坑基模型。首先依据3DMax建模方法原理构建模型并加入凹凸映射进行渲染;然后,模拟文物虚拟挖掘交互时,根据体验者握铲的姿态、位置以及力度信息,而产生一系列不同的挖掘区域块,形成一个区域块信息集合,将该区域块集合与规则坑基模型进行相交运算,使其通过一次相交实现被挖出效果,提高挖掘显示效率;同时在探铲周围渲染粒子效果。(2)针对于虚拟切割算法,主要对Delaunay三角剖分算法进行改进优化。在获取探铲与坑基之间的相交区域信息时,通过计算机图形学相关知识,先获取其相交线和相交面,再结合Delaunay三角剖分算法并对算法进行优化。首先为提高切割时三角网格拓扑结构的效率,重构新的三角网格,本文加入AIF数据结构来记录多边形网格拓扑结构;为体现真实性,通过基于凸边形重构三角形,选择将一部分有一定拓扑关联信息但却没有切割的相邻三角形加入列表中组成凸边形。其次获得相交区域,同时结合Z-Buffers算法实现挖掘后区域显示。(3)对于三维模型交互时,针对于探铲与泥土坑基之间交互变形,而产生的土壤粒子运动状态的真实感模拟,提出基于人工蜂群的变异粒子群算法进行粒子运动收敛仿真模拟。首先,基于离散元法来分析土壤的受力情况,包括土壤对探铲面的摩檫力以及重力等的影响;其次,对于探铲插入土壤后的碎土的受力、整个入土铲的受力进行了分析,为进行真实探铲与土壤之间的性能分析提供了理论。最后,为有效模拟受到铲面力后土壤块的粒子运动收敛状态,结合人工蜂群算法和优化粒子群算法,并在模拟土壤块中利用粒子团代替土壤小颗粒,提高模拟土壤运动效率。

关键词：虚拟挖掘模型切割粒子群模拟 Unity3D 交互

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基于虚拟现实技术的肝脏切割手术系统的研究

基于虚拟现实技术的肝脏切割手术系统的研究

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作者：金健安徽工业大学

学位级别：硕士

肝脏是人体内以新陈代谢功能为主的最大消化腺,从机体代谢的角度上看主要的功能包含维生素代谢、激素代谢、酸碱平衡和热能供给器官,同时因代谢产生或者外来的有毒物体均需要在肝脏中变成无毒或溶解度大的物质来排除体外。但因为肝炎病... 详细信息

肝脏是人体内以新陈代谢功能为主的最大消化腺,从机体代谢的角度上看主要的功能包含维生素代谢、激素代谢、酸碱平衡和热能供给器官,同时因代谢产生或者外来的有毒物体均需要在肝脏中变成无毒或溶解度大的物质来排除体外。但因为肝炎病毒、膳食结构不合理、过度肥胖、药物滥用、代谢疾病等众多因素,每年有高达数十万人死于肝癌。肝脏手术要求精确的处理肝脏病变部分,所以需要医生有过强的专业能力和丰富的手术经验,而虚拟手术可以为医务人员提供手术机会,加强手术的经验练习,因此关于虚拟手术的研究势在必行。肝脏虚拟手术仿真系统包括骨骼图像扫描预处理、扫描CT建模、交互设计、碰撞检测模块、虚拟模型手术切割等功能。本研究根据安徽省立医院的场景,利用建模工具3D MAX构建场景、模拟还原真实世界中的医院和手术室,使用HTC VIVE从视觉、听觉和交互触觉等方面加强真实感。在模型渲染优化问题上,提出先使用网格合并优化技术对模型优化,对合并后的模型使用LOD技术,根据模型和摄像机的相对位置来选择渲染。后对虚拟肝脏切割手术进行研究和分析,设计实现了基于虚拟手术的碰撞检测算法和切割算法。在碰撞检测关键技术研究中,本文针对虚拟手术系统的场景,结合空间划分法和层次包围盒法对虚拟手术中的碰撞检测算法框架进行了设计,通过剔除不会发生碰撞的对象来缩短检测时耗,从而高效准确的对手术过程进行检测。在模型切割问题上,针对手术中的模型切割问题进行研究,对模型三角面网格化进行切割,根据切割后的三角面来模型重构。在切割面的处理上是将肝脏体纹理空间映射到切割面,来提高真实感。本研究的虚拟肝脏切割手术为医生在视觉和触觉上提供了真实的手术情景再现,在计算机上对现实中医生手术过程的主要操作流程进行模拟,并使用外围辅助设备提高身临其境的感觉。研究成果在医学生手术训练方式上提供了很大的帮助,创造了更多的练习机会,使得医学生实操的经验增多,同时,对于昂贵的实验器材开销也能大幅度减小,降低了训练成本。

关键词：虚拟手术碰撞检测肝脏手术模型切割

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基于八叉树和混合搜索树的地质曲面快速求交方法

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计算机辅助工程 2018年第5期27卷 42-47页

作者：孙黎明魏迎奇蔡红严俊宋建正乔芸芸中国水利水电科学研究院岩土工程研究所北京100038 北京水务咨询有限公司北京100038

为处理地质界面之间的空间相交关系,提出一种新的针对三角地质曲面的快速求交方法。该方法融合优化八叉树法和OBB搜索树方法,可以更快速准确地剔除远离交线的其他三角形。求交剩余的三角形得到交线,应用三角网局部重构和网格优化算法修... 详细信息

为处理地质界面之间的空间相交关系,提出一种新的针对三角地质曲面的快速求交方法。该方法融合优化八叉树法和OBB搜索树方法,可以更快速准确地剔除远离交线的其他三角形。求交剩余的三角形得到交线,应用三角网局部重构和网格优化算法修正交线附近的三角网,最终分割交线两侧的地质曲面,完成2个地质曲面的离散化求交过程。与AABB、OBB和空间分解法相比,该方法在大数据量三角曲面求交中效率优势明显,可以快速准确处理地质模型构建和分析中的曲面求交问题,为三维地质模型自动化构建的实现提供有效支撑。

关键词：地质建模地质曲面曲面求交八叉树 OBB搜索树三角网重构模型切割区域离散化

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