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多领域统一建模语言中的过程式建模机制研究与实现

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多领域统一建模语言中的过程式建模机制研究与实现

作者：魏昕华中科技大学

学位级别：硕士

现代产品日趋复杂,通常是由多个领域的多个子系统组成,这些不同领域的子系统表现出紧耦合的特性,要求对多领域统一建模、一致仿真。为优化复杂产品的设计,得到复杂产品整体性能的准确仿真结果,工业界迫切需要有一种能够跨越不同领域、... 详细信息

现代产品日趋复杂,通常是由多个领域的多个子系统组成,这些不同领域的子系统表现出紧耦合的特性,要求对多领域统一建模、一致仿真。为优化复杂产品的设计,得到复杂产品整体性能的准确仿真结果,工业界迫切需要有一种能够跨越不同领域、不同学科的多领域仿真理论与方法。Modelica作为新一代多领域统一建模语言,具有支持面向对象的层次化建模、多领域建模、陈述式物理建模和连续离散混合建模等特性,非常适合描述现代多领域复杂系统,代表着系统仿真建模和仿真技术发展的新方向。本文面向多领域物理系统统一建模与仿真平台MWorks的开发,研究多领域统一建模语言Modelica的过程式建模特性。通过对比陈述式建模与过程式建模两种不同建模方式,分析Modelica语言建模与仿真原理,结合MWorks编译器的编译分析流程,对其中函数机制、算法机制和C代码映射等过程式建模机制做了深入研究。函数机制是Modelica语言过程式建模的核心机制。在现有的MWorks编译仿真模型的基础流程上,研究函数机制中的一般函数、函数调用、内置函数、外部函数,提出以仿真模型的标准解析为主线,加入函数类型限制性检查和输入输出组件收集等辅助过程完成函数类解析;简化实例化流程,通过分析变型信息判断默认参数的完全变型;设计参数匹配过程完成函数形参与实参的匹配;在编译器内部完成内置函数的分析以加快模型仿真过程;以函数接口为切入点,解决了在Modelica模型中调用C、FORTRAN函数的问题。算法机制是Modelica语言过程式建模的另一种重要形式,通过算法与函数的比较,分析Modelica语言的算法机制的特点,讨论算法中输入输出分析以及算法子句在算法机制中的重要作用并给出具体的实现方案。 C代码映射是Modelica语言过程式建模从模型到仿真过程的关键机制,将函数定义分为函数原型声明、算法子句、内部变量、返回语句、复合类型声明等五个部分分别映射后再组装到一起生成C代码。通过内部变量依赖性分析解决Modelica与C语言中变量的不同使用方式的问题。基于上述研究,在MWorks平台下实现了基于Modelica语言的过程式建模机制。论文最后介绍了MWorks系统建模流程,并给出了有关过程式模型的运行实例。

关键词：多领域统一建模 Modelica 过程式建模仿真

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城市过程式建模中的路网生成方法

城市建筑 2016年第5期13卷 334-334,343页

作者：王元刘华武汉大学城市设计学院

随着城市规模的不断扩大,在城市规划及城市建模领域中面临的问题逐渐增多,并且越来越复杂.城市路网在城市建模中作为最重要的部分,影响着城市各组团分区及土地利用性质,同时在一定程度上也影响了城市的自然环境.本文对过程式建模中路网... 详细信息

随着城市规模的不断扩大,在城市规划及城市建模领域中面临的问题逐渐增多,并且越来越复杂.城市路网在城市建模中作为最重要的部分,影响着城市各组团分区及土地利用性质,同时在一定程度上也影响了城市的自然环境.本文对过程式建模中路网生成方法的研究进行了梳理与总结,并指出今后对于城市过程式建模,道路网的生成与城市环境的结合将是一个重要的研究方向.

关键词：城市建模过程式建模城市路网

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三维构件的古建筑过程式建模技术

电子技术与软件工程 2019年第13期 156-157页

作者：刘嘉琳史画西北大学

本文研究基于建筑学知识与计算机视觉相关理论,建立佛光寺古建筑构件库,对库中构件进行特征描述与提取,并存储到相应的特征库。以过程式建模的方式进行构件的自动化匹配。在节约人力资源的基础上,对古建筑碎片进行自动识别与匹配,从而... 详细信息

本文研究基于建筑学知识与计算机视觉相关理论,建立佛光寺古建筑构件库,对库中构件进行特征描述与提取,并存储到相应的特征库。以过程式建模的方式进行构件的自动化匹配。在节约人力资源的基础上,对古建筑碎片进行自动识别与匹配,从而提高建筑重建的效率,增加可行性。

关键词：图像匹配 SIFT 算法过程式建模

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过程式城市建模研究进展

应用科学学报 2014年第5期32卷 469-472页

作者：朱晓强万旺根上海大学通信与信息工程学院上海200444 上海大学智慧城市研究院上海200444

总结了当前城市范围快速过程式三维建模技术.该技术利用城市建筑物、道路等模型的相似性,定义模型的生成规则并作用于预设的基本模型元素,从而自动创建超大城区场景.过程式三维建模技术建模效率较高,但与真实场景往往有不同程度的差异,... 详细信息

总结了当前城市范围快速过程式三维建模技术.该技术利用城市建筑物、道路等模型的相似性,定义模型的生成规则并作用于预设的基本模型元素,从而自动创建超大城区场景.过程式三维建模技术建模效率较高,但与真实场景往往有不同程度的差异,所得模型可用于游戏、影视和城区规划等领域.最后介绍了逆向过程式方法及其在城市建模中的重要应用和发展前景.

关键词：城市建模过程式建模数字城市

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规则驱动的虚拟城市道路网络和建筑布局建模

计算机辅助设计与图形学学报 2006年第11期18卷 1704-1709页

作者：王丽英华炜鲍虎军浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州310058

文法规则驱动算法是实现虚拟城市自动建模过程的典型方法·采用统计模型得到样本的道路风格并用于新的道路网格生成中,能够扩展预设风格的局限性;结合城市规划原理,设计的建筑布局满足了城市景观的合理性·实验结果表明了该算法的有效... 详细信息

文法规则驱动算法是实现虚拟城市自动建模过程的典型方法·采用统计模型得到样本的道路风格并用于新的道路网格生成中,能够扩展预设风格的局限性;结合城市规划原理,设计的建筑布局满足了城市景观的合理性·实验结果表明了该算法的有效性和自动建模的便捷性·

关键词：过程式建模虚拟城市规则驱动算法样本统计模型城市规划

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室内平面图分块矢量化与高效三维建筑建模

计算机科学与探索 2013年第1期7卷 63-73页

作者：张宏鑫李嫄姝宋超浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州310058 浙江工商大学计算机与信息工程学院杭州310027

针对建筑平面图的栅格图像,提出了一种全自动生成三维建筑模型的轻量计算方法。应用平均积分投影函数(integral projection function,IPF)方法对光栅图像进行区域分块,有效地抽取包含墙体对象的子区域。改进了基于非细化的稀疏点像素矢... 详细信息

针对建筑平面图的栅格图像,提出了一种全自动生成三维建筑模型的轻量计算方法。应用平均积分投影函数(integral projection function,IPF)方法对光栅图像进行区域分块,有效地抽取包含墙体对象的子区域。改进了基于非细化的稀疏点像素矢量化(sparse pixel vectorization,SPV)方法,用于抽取墙体的位置和尺寸等信息。为识别出墙体上的门窗和孔洞等建筑部件,将问题转化为图像多分类问题进行求解,同时设计了高效计算方案,精确地定位建筑部件在图纸中的位置。基于识别结果,进行三维建筑模型的快速生成,并集成于笔者所开发的三维建筑快速建模原型系统,方便了三维数据的加工和处理。通过大量实例,验证了所述方法的性能和效率。该方法可用于数字城市、虚拟现实内容创作和公共安全等领域。

关键词：建筑平面图过程式建模矢量化线性辨别分析(LDA) LDA分类

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城市用地规划与三维建模方法研究

城市用地规划与三维建模方法研究

作者：陈章武厦门大学

学位级别：硕士

城市的出现对推动人类社会发展有着重大意义,而其中用地规划是影响城市发展的重要因素,对城市建设起到宏观控制和综合指导的巨大作用。三维城市建模在智慧城市、自动驾驶等领域有着广阔的应用前景。结合用地规划信息来开展三维城市建模... 详细信息

城市的出现对推动人类社会发展有着重大意义,而其中用地规划是影响城市发展的重要因素,对城市建设起到宏观控制和综合指导的巨大作用。三维城市建模在智慧城市、自动驾驶等领域有着广阔的应用前景。结合用地规划信息来开展三维城市建模工作可以让三维城市模型更为逼真合理,但现有的相关研究较少涉及这方面。此外现有的用地规划仿真及三维建模方法在大型城市等复杂场景上往往都存在耗时长、精细度低等问题,阻碍了进一步的探索工作。本文从有效结合当前用地规划与城市建模的研究现状的角度出发,对用地规划及过程式城市建模问题展开探索,具体工作如下所示:(1)在基于智能体的用地规划仿真建模研究下,提出了一种层次化用地规划策略。基于不同用地区域的开发价值自适应层次剖分输入地形区域,并合理布局智能体采样点位置以改进原有的智能体仿真模型,并设计了多组对比实验证明该策略在保障仿真结果质量前提下,有效加速了仿真过程。(2)提出了一种随机化用地规划数据集生成策略,模拟了现实用地规划过程中的偶然性因素,对每个输入地形进行多次模拟,以推测出该地形最优用地规划方案。其次还设计了基于深度神经网络的用地规划模型并使用该策略生成的数据集进行训练。最后通过实验证明了用地数据集生成策略及基于神经网络模型的用地规划策略的有效性。(3)在人工免疫系统的基础上,提出了一种可控的过程式建模方法,以用于三维城市建模等复杂场景的建模工作。主要通过将序列蒙特卡洛方法与应用于过程式建模的人工免疫系统框架相耦合以优化人工免疫系统中存在的局部搜索能力差等问题。其次设计了多组对比实验证明了该策略在过程式建模时能产生更优的建模结果。

关键词：用地规划深度学习过程式建模四叉树

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基于稀疏像素矢量化的高效三维建筑建模

基于稀疏像素矢量化的高效三维建筑建模

作者：李嫄姝浙江大学

学位级别：硕士

本文提出了一种针对光栅建筑平面图的高效矢量化和识别处理方法,并在此基础上实现了全自动生成三维建筑模型的轻量计算,满足了实际应用需求。首先,应用平均积分投影函数（AIPF）对光栅图像进行区域分块,有效地抽取出包含墙体对象的子区... 详细信息

本文提出了一种针对光栅建筑平面图的高效矢量化和识别处理方法,并在此基础上实现了全自动生成三维建筑模型的轻量计算,满足了实际应用需求。首先,应用平均积分投影函数（AIPF）对光栅图像进行区域分块,有效地抽取出包含墙体对象的子区域。然后,采用了基于非细化的稀疏点像素矢量化（SPV）核心算法,不但能准确抽取墙体的位置和尺寸等属性信息,且足够快以适用于现实系统。之后,为识别出墙体上的门窗和孔洞等建筑部件,我们将问题转化为图像多分类问题求解,并采用了适于分多类的线性鉴别分析（LDA）分类方法。然而传统的LDA算法有欠采样问题,故本文引入广义奇异值分解（GSVD）和QR分解的方式加以解决,使得在不损失数据主要信息的前提下,降低问题的维度,很好的节省了计算时间和内存,精确快速地识别出多类建筑部件及其所属墙体位置。最后,根据识别结果,使用基于形状文法的过程式建模方法,进行三维建筑模型的快速重构,并集成于笔者所开发的三维建筑快速建模原型系统,方便后续三维数据的加工和处理。文中通过大量实例·,验证了所述方法的性能和效率。本文方法可用于数字城市、虚拟现实内容创作和公共安全等领域。

关键词：建筑平面图过程式建模矢量化 SPV LDA分类

基于MAXScript的三维场景快速建模算法研究及应用

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基于MAXScript的三维场景快速建模算法研究及应用

作者：江媛媛中国海洋大学

学位级别：硕士

在利用软件进行手动构建三维场景的过程中，尤其是在构建高逼真性、大数据量复杂场景时，由于目前整个三维数据生产界仍处于纯人工生产阶段，因而生产过程效率低、工作量大，并且往往对计算机硬件有较高要求。所以要想低成本、高质量、... 详细信息

在利用软件进行手动构建三维场景的过程中，尤其是在构建高逼真性、大数据量复杂场景时，由于目前整个三维数据生产界仍处于纯人工生产阶段，因而生产过程效率低、工作量大，并且往往对计算机硬件有较高要求。所以要想低成本、高质量、与实际规划相匹配、真实传达规划意图的虚拟场景，通过MAXScript的优势对三维模型生产过程进行优化是必不可少的。本文旨在确保各类三维数据准确性的基础上，完成了复杂三维场景层次细节模型生成技术和三维植被过程式建模方法的研究，智能减少场景的数据量、加快模型生产速率、减少工作量、缓解系统性能压力;在三维动画建模方面，完成了基于Kinect与MAXScript的骨骼动画快速建模技术的研究，通过引入Kinect，对MAX中创建的骨骼模型进行动作捕捉，利用MAXScript实现了动态模型的自动生成。本文相关研究最终实现了三维数据生产过程加速，降低了三维仿真场景搭建成本。本文的主要创新点及研究成果如下：（1）复杂三维场景层次细节模型生成提出了一种针对复杂三维场景层次细节模型生成的网格遍历拓扑压缩方法。通过分析三维场景中相邻网格的法向量夹角大小对结构的影响程度确定遍历分组条件，基于MAXScript，根据形变权重值对网格遍历分组，对各网格组内部进行并行矢量拓扑压缩，最终生成复杂三维场景层次细节模型。本方法实现了在保持复杂三维场景拓扑关系基本不变的同时降低了场景生产的时耗，有效降低了生产成本、提高了生产效率。（2）三维植被过程式建模方法本文通过系统的分析各类绿化的形态、生长规律等属性特征，得到植被的形态信息以及生长周期等状态参数。基于L-system通过MAXScript的手段实现三维植被对不同生长阶段的过程模拟，同时通过对规划数据中相应矢量点的自动捕捉，在相应位置生成符合规划表达需求的三维植被模型。本方法既简单又真实的表现物理世界的真实对象，又实现了对三维植被各类特征属性的控制，不仅规避人工位置配准等工作，增添了三维场景的生动性，同时也反向的为场景规划人员提供了规划效果参考，有利于规划辅助。（3）基于Kinect的骨骼动画建模方法针对三维动态模型生产过程复杂，特别是在高精细度、大数据量的动态模型制作过程中更是经常遇到很多不确定因素导致生产费时费力的问题，本文实现了利用Kinect骨骼点映射及跟踪，对已创建的骨骼模型进行动作捕捉，再通过MAXScript对记录的运动轨迹进行三维动画重建，最终实现骨骼动画的快速建模。

关键词：过程式建模 MAXScript L-system Kinect动作捕捉