杜冬[1]（2021）在《基于深度学习的简易几何建模研究》文中进行了进一步梳理随着人们对三维世界的深入认知和计算科学的迅速发展,利用计算机快速有效地表达、生成、可视化以及处理几何形状,已成为三维图形学的主要研究内容。其中,遵循一定的规则获得几何模型,是渲染、动画、分析和制造等下游应用的基础。同时,全民设计制造理念的兴起,尤其是3D打印技术的快速发展,令个性化的三维定制成为可能,无设计制造背景的用户群体也产生了建模的需求。虽然市面上存在许多专业的建模软件,但其功能复杂,需要大量人工操作,建模十分耗时,而培养一个熟练的建模师的成本很高,往往需要数年的学习和积累。为了快速获得三维模型,传统几何重建方法尝试从基于扫描和基于多视角重建两方面入手,先获得物体表面点云,再配准注册,最后重建相应网格模型。然而,这些方法大多依赖数据采集环境,需要额外硬件支持或多张图片输入,不太适用于普通用户。如何简单有效地获得目标形状,是当今三维几何建模研究亟须解决的问题。针对普通用户群体的特性和需求,期望几何建模的交互简单、直观、容错率高,利用尽量少的输入获得尽量复杂且拥有细节的三维模型。经观察发现,利用鼠标绘制二维草图或使用手机拍摄单张照片,对普通用户而言相对容易且非常便捷,但这样的输入稀疏且粗糙,与背后的三维模型之间存在很大的歧义性,导致传统几何优化方法失效。本文通过收集大量数据,基于深度学习的方法去学习二维图片与三维形状之间的映射,并开发出相应的实时交互设计系统,大大减少了建模过程中的人工交互并获得了高质量的网格模型,便于后续应用。根据不同类别的模型特性,本文分别提出了三套简易建模系统:（1）基于手绘草图的有机物体建模系统。以动物头为例的有机物体,往往形态丰富且富有细节。为了设计这类模型,本文提出了一种由粗到精的“视图-表面”联合学习的网格生成框架,先生成整体形状,再增强局部几何细节。具体而言,利用图片编码器提取输入草图的形状特征,联合图卷积网络学习指导模板网格变形以获得初始的形状,再通过可微分的网格渲染器获得初始网格对应的顶点图,并使用图像合成网络生成顶点偏移图以反映几何细节,最后将其反投影到初始网格上并利用图卷积网络进一步优化表面细节。其中,基于视图的细节生成和基于表面的细节优化相辅相成,可迭代进行以获得最佳的网格结果。此外,本文还贡献了目前最大的动物头数据库及其二维草图数据。（2）基于手绘草图的人造物体建模系统。不同于有机模型,人造物体中很大一部分模型由独立部件组成,具有很强的可分性和结构性。因此,本文提出了一种自下而上的“部件-结构”阶段学习的网格生成框架,先基于隐式学习生成各个部件,再通过多层感知机网络回归预测各部件的大小及摆放位置。随着用户依次画出各个部件的草图,实时生成并呈现相应部件的网格形状。当用户完成草图设计时,系统自动学习各部件的结构关系并给出组合结果,同时允许用户进行个性化的调整。该系统避免了繁琐耗时的三维交互摆放,简化了复杂结构物体的建模,同时专注于每个部件形状的生成,提高了几何建模的精度。（3）基于单张图像的物体建模系统。囿于部分用户的绘画能力弱,草图信息过于粗糙和稀疏,基于深度学习生成的模型很难遵循用户意愿。因此,本文提出了一种基于单张拍摄图片、适用于一般物体的建模系统。通过分析体素、点云、隐式表达各自的优缺点,有机结合三种形状表达学习,并设计出可微的端到端学习网络,不仅获得了精确的建模结果,还保证了高效的运行效率。由于三维模型形状丰富且难以获得,导致开源数据集有限。通过分析不同类别物体的领域知识,再结合深度学习,可简单快速获得高质量的三维模型。本文通过大量实验,验证了面向普通用户的三维建模的可行性和有效性。相应的建模系统和训练数据也将开源,促进基于深度学习的几何建模的发展。
江博艺[2]（2021）在《高效便捷的三维人体重建》文中认为人体数字化技术在如今互联网技术高速发展的时代获得了越来越多的关注。人们渴望拥有高质量的数字化身,作为自己在数字生活中的代言人。传统的方法需要复杂的采集系统,针对特定人物进行耗时的处理,才能得到该人物高质量的重建。显然,这种流程不适合于广大普通用户。近年来,随着深度学习的发展,使得利用单目图像等便捷的输入对一般人物重建高保真的几何成为了可能。本文围绕三维人体重建这一主题,主要考虑基于方便获取的输入,对赤身人体和穿着任意衣物的人体进行便捷的重建,并在以下三个方面取得了创新性的成果:（1）赤身人体几何包含了由性别、种族和姿态等因素带来的丰富变化,为了有效地使用身份和姿态解耦的低维参数表达人体几何,我们提出使用具有强大非线性表达能力的神经网络对几何表示进行编码,并创新地利用人体的铰链结构来设计网络结构,有效地提高了重建精度。为了提供足够的训练数据,我们收集了大量开源的赤身人体几何数据集,并通过非刚性注册将它们转化为连接关系一致的网格表示。基于构建的人体表示,我们展示了使用二维稀疏关节点和单目RGB-D视频等便捷输入的人体重建能力。（2）由于人们在日常生活中都是穿着各式衣物的,我们提出了针对日常单张人物图像的重建方法。为了一定程度解决这一困难问题,我们仅支持有限的衣物类型,提出人体和衣物分离的参数化表示。然后利用神经网络强大的拟合能力,从图像直接回归对应参数。但是训练该网络需要大量的图像几何成对数据,而穿衣人体高精度的几何数据是难以获得因而非常匮乏的。为了解决这一困难,我们分别利用物理模拟和优化拟合的方法合成了高质量的成对数据,并完成了模型的训练。基于我们的参数化结果,能够进行一些有趣的应用,例如三维人物的换衣和衣物纹理编辑等。（3）由于单张图像无法完整获取穿衣人物的整体信息,我们提出了针对任意人物处于双手轻微上抬并自然站立的A姿态下的自转视频进行高精度几何重建的方法。一方面,由于衣物多变的物理属性以及和人体几何复杂的交互带来的大量高频形变,使得参数化表示无法捕捉任意衣物的拓扑和几何。另一方面,使用合成数据训练的网络模型,其表达能力依赖于数据集的分布,难以泛化到真实场景。基于此,我们使用隐式神经表示来表达任意复杂的几何,并利用神经渲染对输入视频进行自监督的优化。最终,从单目自转序列中,我们能够得到高保真的几何和较为真实的渲染图像,且重建结果具有一致的拓扑,方便下游各种应用。
杜华[3]（2021）在《面向MC的辅助建模技术发展与应用研究》文中提出核分析领域中,高精度蒙特卡罗（MC）是非常重要的分析方法,但对大多数MC粒子输运程序而言,建模是一个关键环节。随着核设施的复杂性日益增加,计算机辅助设计已成为核设施工程设计的重要手段,开发辅助建模技术对MC程序至关重要。cosRMC是一款具有自主知识产权的三维MC粒子输运程序,开发的初衷是应对国外MC程序的限制。然而,其“效率低下、容易出错”的手动建模方式越来越难以适应日益复杂的新型核设施,尤其是对于聚变装置。因此,为了提高建模效率,发展面向cosRMC的辅助建模技术,不仅为cosRMC在聚变核分析中的应用打下坚实基础,同时摆脱对国外MC程序的依赖,推进软件自主化工作具有重要意义。本文在深入调研主流MC程序建模方法的基础上,对国内外辅助建模技术的主要特点进行归纳总结,得出基于转换接口类建模技术具有高效、可靠、易于扩展等优点的结论,确定了本研究的主要技术路线。随后,对转换接口类辅助建模程序的核心技术,即BREP-CSG转换理论,进行了深入研究。总结了传统和新型BREP-CSG转换算法的特点,对其存在的问题进行分析,在此基础上,提出了基于分解的BREP-CSG转换算法与机器学习相结合的算法,为智能预分割算法的实现奠定理论基础。基于开源引擎Open CASCADE和FreeCAD框架,开发了可视化建模平台cosVMPT（Visual Modeling Platform for Particle Transport）,实现了建模、转换和辅助建模功能。重点对辅助建模关键技术进行研究和算法实现,包括正向转换、空腔自动生成、转换算法优化和cosRMC反向转换算法。在此基础上,集成了分步建模思想,实现了自定义空腔算法,并通过不同规模的测试案例对程序的主要功能进行严格测试,初步验证了程序的可靠性和高效性。针对传统转换算法存在“转换效率低”、“转换结果不直观”等问题,基于三维模型分割技术,研究并实现了基于MeshCNN的智能预分割算法,并将其应用于中国聚变工程试验堆（CFETR）中一些具有代表性的组件。测试结果表明,智能预分割算法在性能和效率上都有很大的提高,与传统优化算法相比,转换时间减少了2到3倍,同时,得到了更为直观的分割结果。为了进一步验证cos VMPT对复杂核设施的建模能力,将其应用于聚变中子学建模中,首先,使用cosRMC对CFETR-2015水冷包层进行基准测试,分别计算了氚增殖率、核热和中子壁载荷,结果表明cosRMC和MCNP计算结果的相对偏差在统计不确定度范围内,初步评估了 cosRMC应用于聚变中子学计算的可行性。随后,使用cosVMPT完成对CFETR三种辅助加热系统的详细建模,建立的模型成功应用于中子对天线的辐照损伤计算,缩短了建模周期。为了更好地评估全堆辐照剂量,使用cosVMPT建立了第一个360° CFETR全堆中子学模型,通过全堆中子通量初步分析,进一步验证了 cosVMPT的可靠性和健壮性。
陈浩[4]（2021）在《多材料零件3D打印建模研究与力学性能分析》文中认为随着3D打印零件的个性化定制与特殊功能化日益发展,单一材质的3D打印零件已经无法满足特殊工况要求,多材料零件3D打印技术已经成为快速成型行业的研究热点。目前多材料零件3D打印的关键技术之一是CAD建模问题。但在多材料零件建模领域并没有统一的多材料零件建模方法。并且学者在各自建模方法的基础上并没有进行多材料零件建模软件的开发与CAE分析。针对这些关键问题,本文在多材料零件建模领域的国内外研究学者的基础上,将多材料零件建模方法分析总结,并提出一种基于控制点的梯度源建模方法,在此基础上用VS2019和OpenGL、MFC进行多材料零件建模软件开发,最后通过数值模拟来验证本文研究的功能梯度材料的优越性。具体内容如下:（1）首先综述了多材料零件的定义与分类、以及多材料零件建模的一般问题和解决方法。其次将多材料零件建模方法划分为三类:估值建模方法、非估值建模方法和复合建模方法。随后针对三类模型分别进行了分析与评价,并总结出了三类模型的优、缺点。最后讨论了多材料零件建模技术面临的挑战与未来发展趋势。（2）提出一种基于控制点的梯度源建模方法。该方法在几何建模中认为几何模型均是由空间中的点所组成,在材料建模中以“梯度源”建模思想按照材料组分梯度变化公式对多材料零件进行颜色渐变表示。利用VS2019和OpenGL编程语言对单梯度源零件进行可视化建模表示与分析。接着在单梯度源建模基础上,引入运算符号对两种不同梯度源进行加权运算,对三种材料零件进行可视化建模表示与分析。所提出的建模方法经3D打印技术制造出的多材料零件,能够很好的避免多材料零件中由于材料成分急剧变化,而引起的应力集中与热失效等不良效果。（3）借助Visual C++编程环境,通过调用OpenGL的图形函数库,分别对ASCII格式和BINARY格式的STL文件进行了数据提取以及模型可视化、旋转、缩放等操作,为对多材料零件3D打印建模软件的开发工作做准备。（4）基于多材料零件建模方法的研究,本文提出一种基于控制点的梯度源建模方法,该方法能够清晰的表达功能梯度材料（FGM）的材料梯度变化,同时在读取STL文件的基础上进行了多材料零件3D打印建模软件的开发。所开发的软件具有良好的数据可读性、人机交互性以及操作简便性。所开发的软件可读取以任意STL格式定义的几何模型,在此基础上计算模型包围盒边界信息,将材质信息分配到包围盒顶点,利用线性插值法计算几何模型上的材料分布。通过线性距离插值函数可以获得每个三角形网格上的材质分布,并将其分配到原始STL文件中,形成附加材质信息的STL模型。（5）对双材料零件与FGM零件的力学性能进行数值模拟分析。在介绍双材料与功能梯度材料零件的基础上,对三种不同工况下,200kg机械载荷条件、1400℃温度载荷条件下、200kg机械载荷条件和1400℃温度载荷二者共同作用条件下进行力学性能分析。分析结果显示在高温条件下,双材料零件会产生不同材料间的应力跳跃,从而导致工件寿命缩短。接着采用控制变量的方法,在相同物理模型尺寸,相同三点实验方式,相同三种工况下的功能梯度材料零件进行力学性能模拟。模拟实验结果显示,FGM零件x方向应力、y方向应力分布较缓和,说明功能梯度材料能够缓和不同材料间的应力作用,可以缓和双材料界面间的应力跳跃。同时,在工件相同受损条件下,温度载荷在不同材料连接界面处产生的热膨胀力远远大于机械载荷所产生的机械应力。因此在工件工作时,需要注意温度载荷对零件的影响,以延长零件寿命。本文基于多材料零件建模方法的总结分析,接着提出一种多材料零件建模方法,在此基础上开发了一种多材料零件3D打印建模软件。通过分析功能梯度材料零件的力学性能验证其优越性。解决了多材料零件建模领域的研究不连续问题,为多材料零件建模的整体研究提供了一套系统的解决方案。
李辉[5]（2021）在《基于Unity3D的一种桌面级智能制造仿真系统的开发与研究》文中指出得益于智能制造的快速推进,智能制造虚拟仿真技术发展迅猛,相比于单一设备的仿真,对智能制造产线整体进行可视化仿真,显得尤为重要。本论文以智能制造为基础,虚拟仿真系统为导向,针对桌面级智能制造仿真系统进行了开发研究。论文详细探讨了桌面智能制造产线的最小实现方式,提出了一套仿真系统开发的解决方案,并基于3ds Max建模工具和Unity3D开发引擎进行开发实现。本论文主要的工作有:单元设备设计、产线布局、流程设计、物体建模、仿真系统开发、仿真系统运行测试等,具体研究内容如下:1)桌面级智能制造仿真系统单元设计,针对智能制造数字化平台单元设备进行细致调研,融合主流智能设备单元,以真实设备为基础,合理地分配各单元功能要求,完成零件从取料到加工检测的整体产线布局以及流程设计。2)桌面级智能制造仿真系统实体建模,以3ds Max为建模工具,通过合适的建模方法对整套产线的单元设备以及摆放布局进行了合理化的建模设计,主要包括智能立库与桁架机械手配套单元、AGV物流单元、车床与桁架机械手配套单元、加工中心与桁架机械手配套单元、机器人检测单元等,为仿真系统可视化开发奠定了基础。3)桌面级智能制造仿真系统开发,选择Unity3D开发引擎,结合整体模型导入的常见问题给出了解决办法,针对场景功能需求进行了一系列模块化设计,其中包括模型渲染、光源设计、天空盒设计、刚体和碰撞检测以及脚本设计等。其中脚本设计分别对各单元结构运动以及视觉控制进行了研究与实现。最后对整个仿真系统进行了可行性检测与优化,形成一个完整的桌面级智能制造仿真系统的设计案例。论文建立了桌面级智能制造产线的三维实体模型库,给出了智能工厂的实现布局,产线生产流程,构建了桌面级智能制造仿真系统,并进行了系统仿真。论文给出了桌面级智能制造仿真系统的框架与应用实例,可以应用在智能制造的教学中,适合在学校和企业对智能制造进行展示和示教教学。
马文妙[6]（2020）在《基于BIM的装配式建筑构件建模及可视化研究与实现》文中进行了进一步梳理随着绿色环保的装配式建筑在建筑行业快速发展,使得装配式建筑的建模效率能够适应不断增加的装配式建筑数量。以往的建模方法对建模人员的技术水平有较高的要求,大大的提高了建筑项目的耗时成本,而且CAD图纸无法将三维建筑模型直观地表现出来,最终可能会因为设计问题导致返工重做,带来人力、财力的资源浪费。为了能够解决当前装配式建筑面临的上述问题,本文基于BIM技术,首先在建筑模型建模方面,提出了针对预制构件的参数化建模方法和二次开发搭建预制构件平台方法,建立了预制构件库,可对构件重复使用,降低了对使用者的技术要求;提出了一种Dynamo批量放置算法,从而达到了在保证精细程度的情况下提高建模效率的目的。其次在三维模型可视化方面,为了能够全方位浏览建筑模型以及了解建筑内部结构,利用可视化方法在Web端实现了模型的显示,并采用了一种射线检测的碰撞检测算法,在漫游时能够快速有效地检测到前方是否遇到障碍物,并做出相应行为,增强了真实的沉浸感。最后基于三维建模和可视化方面的研究,搭建了装配式建筑可视化系统,为以后此类相关系统的研发奠定了技术基础。通过对构件参数化建模方法和可视化方法的研究,解决了三维建筑模型在建模效率上存在的问题,同时为可视化系统的碰撞检测算法提供了技术上的支持。研究三维建筑模型建模方法和可视化方法对实现建筑模型可视化系统的信息化、可视化有重要的借鉴意义,具有一定的工程应用价值。
庞敏[7]（2020）在《三维模型变形技术研究》文中进行了进一步梳理三维几何造型是构造个性化数字产品的重要技术,广泛应用于影视动画、工业设计和生物医学等领域。保留原始模型拓扑连接信息不变的条件下进行一定的模型变化,从而生成具有新外观的三维几何模型,称为三维模型变形,是三维几何造型的重要步骤。本文以现有三维模型为数据基础,研究了如何更好地根据用户设计意图改变原始模型的三维模型变形算法。模型变形算法的一个重要研究方向是降低用户操作复杂度,将用户有效交互信息转化为处理模型变形所需参数从而驱动三维模型变形。本文主要研究内容和创新点概括如下:1、研究了二维图像形状特征和三维模型形状特征间的关联关系,提出一种三维模型变形算法。首先分析二维图像和三维模型的形状特征,获取图像和模型的特征线;其次根据图像和模型特征线,利用相似三角形关系,给出图像和模型形状特征间的关联关系并由此定义控制约束条件驱动模型变形;根据图像和变形后模型的形状特征关联关系,提出一种变形结果质量评价方法,并通过实验评估二维图像形状特征引导模型变形算法的性能。实验结果表明本文提出的二维图像形状特征引导三维模型变形算法自动高效,在创建三维模型的同时实现造型过程个性化。2、针对保刚性网格变形算法在变形过程中保持模型局部刚性变换而忽略全局结构的不足,提出一种改进的兼顾局部和全局的保刚性网格变形算法。利用变形过程中模型质心的变化,构建质心差异函数,并将其加入原始能量函数中控制网格变形效果,达到变形过程中既保持顶点单元局部刚性变换,又保证变形模型的整体结构稳定性。实验结果表明本文提出的改进的保刚性网格变形算法在不增加时间复杂度的条件下,达到更好的变形效果。3、研究多个三维模型的形状特征及其关联关系,提出一种基于多模型形状特征间关联关系的三维模型变形算法。首先,研究三维模型配准算法,将多个输入模型配准到同一坐标系下,建立模型间顶点对应关系,提取原模型的特征点集合作为形状特征;其次,基于准共形映射的保角性将三维模型参数化到二维平面;然后根据多个模型间的形状特征关联关系,建立变形的控制约束条件,驱动基于准共形迭代的二维平面变形;最后,研究模型恢复算法,实现模型在保持形状特征的前提下由二维平面到三维空间的转换。在实验过程中,提出一种基于模型形状特征的变形算法定性评价方法。实验证明,相比基于微分的变形算法,对于以面部模型为代表的细节丰富、骨架不明显的三维模型,本算法可以取得较好的变形效果。4、研究三维模型部件形状特征及其关联性,给出一种全局和局部相结合的三维模型变形算法。首先给出基于深度学习框架的三维模型部件分割和分类算法;其次比较分割后部件与模型数据库中同类近似部件的形状特征,研究它们之间的关联性,利用本文提出的基于图像形状特征的三维模型变形算法定义控制约束条件,实现模型部件变形;最后研究样条缝合技术,实现三维模型重构。实验结果证明本算法适用于三维模型重构且具有良好的变形效果和较高的时效性。
赵仕霖[8]（2020）在《基于云平台的城市雨洪数值模拟系统及其可视化研究》文中指出随着全球气候变化以及人类活动增强,近年来极端降雨事件频发,再加上城市化进程的不断加剧,城市雨洪引发的灾害问题日益受到人们的关注。城市雨洪数值模型作为研究城市雨洪问题的重要工具,对城市排水规划设计及城市内涝灾害预测预警能够提供重要的科学依据。国内外学者在城市雨洪模型和软件开发方面做了大量卓有成效的研究,然而能够进行城市雨洪全过程模拟的软件还不多,我国拥有独立自主知识产权的应用系统更是微乎其微。基于云平台的水利数值模拟系统已经崭露头角,然而它们大多是在客户端/服务器（C/S）架构模式下开发搭建的,这些研究都没有充分利用快速发展的网络技术带来的便利,没能体现出云计算的优势以及云服务、云共享的概念。针对上述问题,本文在前人工作的基础上,借助于HTML5、WebGL、云计算等高速发展的网络技术,开发了一套浏览器/服务器（B/S）模式下的、基于云平台的城市雨洪数值模拟系统。主要的研究工作及成果简述如下:（1）基于有限体积方法,分别建立了适用于城市地表汇流模拟的二维浅水方程高分辨率数值模型以及适用于城市复杂河网、排水管网水流模拟的一维水动力模型。深入研究了模型之间的耦合机制,实现了模型的侧向耦合以及垂向耦合。建立了考虑降雨、地表径流、排水管网、下渗与截留共同作用下,更加完整的城市雨洪水动力耦合模型,实现了城市雨洪全过程模拟。通过一系列的算例模拟,证明模型是可靠的。（2）利用HTML5、JavaScript、WebGL等技术,从三维视角出发,建立了网络环境下流场三维可视化系统,实现了在浏览器中展示多要素同步叠加的流场细节。提出了一种利用WebVR技术展示水动力模型计算结果的新方法,设计并研发了流场三维虚拟现实系统。提出了利用纹理样式化粒子代替三维球体的方法,优化了浏览器渲染流场的性能。以瓯江河口的流场三维可视化为例,证明了研究成果具有工程实用价值。（3）根据前端工程化的思想,基于开源生态社区,提出了基于Vue的三维WebGIS解决方案。以城市雨洪模型和流场可视化成果为基础,研发了 B/S架构下基于云平台的城市雨洪数值模拟系统,实现了无需安装软件,借助于浏览器就能够完成城市雨洪数值模拟的全部过程。选取成都市中心城区作为研究对象,从自动化建模、远程计算、流场可视化等方面详细展示了研究成果在实际工程中的应用。从模型模拟结果以及系统可视化效果两个角度证明了系统能够有效应用于城市雨洪的实际工程中。
黄磊[9]（2020）在《3D画笔建模及虚拟触觉绘制过程控制方法研究》文中提出无论从企业层面还是从普通消费者的层面来讲,产品外观设计在现代工业零部件或消费类产品概念设计阶段均占有越来越重要的作用。产品外观概念设计,包括产品总体外形设计以及该产品外表面的美观装饰,通常主要借助计算机辅助工业设计（简称CAID）的方法来完成。对于设计师来讲,CAID技术已成为一种能快速完成各种工业产品零部件外观创新设计和展示产品功能的有效方法。传统的CAID技术采用全局纹理映射方法实现从二维图形到三维模型外表面的转换,借以实现3D产品外表面的美观装饰。然而,从2D图形到3D物体复杂外表面的纹理映射过程很容易引起原有2D图形不可控扭曲、走样,且纹理映射施加过程既繁琐又易耗用过多的计算机内存资源。在产品外观创新设计中,设计师瞬间灵感扮演着非常重要的作用,而纹理映射技术需要映射二维图形到虚拟三维物体外表面,其过程僵硬,妨碍了设计师去自由随意捕捉设计灵感。伴随着绘画、书法等一系列带有特定风格化的虚拟绘制技术深入发展,直接在三维表面进行绘制和装饰的技术开始得到越来越多的关注。针对以上问题,本文提出了一种新型的变刚度3D画笔仿真模型及三维物体模型表面触觉绘制过程控制方法,主要研究内容如下:（1）深入分析了实际绘制过程中力对画笔工具弯曲变形的影响机理,综合研究了画笔笔杆的施加弯矩、绘制表面摩擦力、笔头湿度与3D画笔实时变形的内在关系,提出了一种新型的基于变刚度与弹塑性3D画笔力反馈仿真模型。首先采用弹塑性弯曲虚拟弹簧振子模型构建画笔力学模型,仿真画笔受力与画笔弯曲挠度位移、转角之间的关系。根据待绘制物体表面实际材质特性确定对应的动态摩擦系数,结合弯曲变形微分方程求解得到绘制表面对画笔笔头的反力,实时计算3D画笔与虚拟物体表面间的动态摩擦力。基于笔杆受力、绘制表面摩擦力、运笔速度、笔头湿度等物理量构建画笔笔头分叉的仿真模型。通过分解画笔为中心骨架与蒙皮的三角网格表面构建了 3D画笔几何模型。基于画笔所受弯矩、绘制表面摩擦力,利用改进的基于均值骨架驱动的三维网格变形技术实时模拟了画笔中心骨架弯曲变形及相应的笔头表面变形,实现了力对画笔弯曲变形的动态控制。（2）虚拟二维笔道绘制控制方法研究。首先,根据运笔过程中画笔受力与画笔变形的关系,建立了单次采样时刻弯曲变形的虚拟3D画笔与虚拟绘制平面相交时的空间几何关系模型,并结合真实绘制中的笔触图样,运用有理B样条技术拟合出类似“雨滴”的笔触形状。用户使用力反馈设备的铁笔控制绘制系统中虚拟画笔行为,画笔笔触沿着运笔方向顺次叠加生成各种风格的二维笔道效果。（3）特殊笔道效果绘制控制方法研究。①触觉绘制过程笔道颜色控制方法。基于KM颜色光学理论提出了一种虚拟绘制过程中笔道水墨颜料颜色控制方法。采用KM光学理论基本微分方程推导得到任意颜料厚度为D时的相应反射系数与透射系数计算公式。以颜料的两个关键光学参数（反射系数与透射系数）为切入点,依次构建了单一颜料颜色仿真算法、多种颜料混合下的“调色”仿真算法、多层颜料叠加时的“罩色”仿真算法。建立了宣纸上所绘制颜料的反射率与颜料颜色亮度值（R,G,B）转换的计算方法,实现了对绘制笔道着色效果的实时存储。②触觉绘制过程笔道水墨扩散效果控制方法。提出了一种新颖的三维绘制水墨颜料传输与扩散行为控制模型。首先,研究了二维表面水墨颜料扩散机理,以此建立了一种基于纸元的宣纸纤维结构模型;建立了画笔与宣纸表面间的水墨颜料传输过程仿真模型,基于非稳态扩散第二定律建立了宣纸表面水墨混合液中水粒子扩散运动微分方程,仿真了水粒子在宣纸表面的实时扩散行为;通过引入动态扩散系数,建立了颜料粒子对流扩散微分方程,仿真了颜料粒子在宣纸表面水墨混合液中的扩散行为;建立了笔头及宣纸表面的水蒸发微分方程,实现了有效的蒸发过程模拟。提出了颜料粒子“沉积率”的概念,并给出了沉积率计算的半经验公式,仿真了颜料粒子在宣纸纤维中沉积及固化后的“粒状”现象。（4）研究了虚拟物体表面三维笔道实时触觉绘制控制方法。通过采用优化的混合八叉树层次包围盒技术与多线程动态任务分配并行计算技术保证了虚拟画笔与虚拟物体表面的实时、高效、精确的碰撞检测。利用一种“加权的平均距离”算法,实现了笔头与虚拟物体表面间的触觉力模拟,仿真了绘制过程中笔头碰触3D表面时的触感。研究了一种球扩展操作算法建立了弯曲画笔的最小包围球。基于最小包围球计算得到了虚拟投影平面的平均法矢及空间位置。研究了一种局部实时映射技术,可将虚拟平面上的2D笔触实时映射到虚拟三维物体表面,得到虚拟三维笔触。通过控制画笔受力,沿着绘制方向将每个采样时刻得到的不同大小、形状的三维笔触叠加便得到虚拟三维笔道。虚拟绘制中,艺术家通过实时触觉与视觉反馈,“有意”控制虚拟绘制行为,创作出满足艺术要求的三维模型表面笔道绘制效果,提高了三维表面绘制过程自由度和真实感。（5）三维触觉交互绘制系统实时性优化研究。为保证虚拟绘制过程中系统的实时性性能,开展了触觉绘制系统实时性优化研究。首先深入分析并给出了触觉绘制中力反馈响应频率的合理设定规则。然后考虑了画笔动态采样时间对绘制系统运行过程实时性性能的影响,通过实时优化虚拟画笔动态采样时间Δt,并集成多线程并行处理技术,有效提高了触觉绘制系统运行时的总体流畅性、实时性。
石露[10]（2020）在《基于Unity3D跨平台坦克虚拟驾驶视景仿真系统的研究》文中研究指明目前广泛使用的基于底层图形接口Open-GL或Direct3D的可视化仿真系统效率低下,且各种作战仿真研究的首要目标是提高其环境的真实性。因此,本文针对当前坦克模拟训练系统在高逼真度、高效率、跨平台和强交互性等方面的不足,提出了基于跨平台开发引擎Unity3D坦克虚拟驾驶模拟系统的设计思想。采用插件集成开发的模式对视景系统进行设计并做仿真研究,完成了由视景仿真模块、实时天气特效管理模块、行为驱动仿真模块、仪表仿真模块和坦克作战仿真模块、控制界面等子模块所组成的坦克虚拟驾驶视景仿真系统,并讨论了各个子模块的设计功能和技术原理。首先,结合坦克驾驶信息融合的实际需求和国内外最新的信息融合动态,提出了改进的信息融合功能模型,同时建立了与之对应的战场态势感知系统评价体系,旨在将虚拟现实与态势感知结合起来,为未来坦克虚拟驾驶提供理论的方案设计。其次,以现代坦克主战场为背景及视景仿真系统的高逼真度要求,开展虚拟场景混合建模方法的研究,并在三维建模软件3ds Max下建立了坦克模型及三维场景相关模型。采用地形绘制技术构建了真实感较强且多样的坦克虚拟驾驶场景,通过获得高精度低面数的DEM（Digital Elevation Model,数字高程模型）构建真实地形。以往的模拟驾驶系统仅简单地对雨、雪、雾等自然景观进行仿真,并未结合实地环境。本系统设置了天气系统管理模块来动态控制雨、雪、雾的仿真特效,具有实时和交互的特性。通过调整系统粒子数量,实现不同强度的雨、雪、雾的特效渲染,同时从地理位置上对应现实城市,将预置的地理位置的真实气象数据实时返回,并将现实天气同步到虚拟场景中,用户可根据实时天气状况对虚拟场景中的天气特效做出动态调整,在一定程度上有助于坦克操纵时提前做出合适的预判。此外,在仿真软件Unity3D中,根据坦克车辆动力学模型和碰撞器的使用,设计了满足本系统要求的控制程序脚本,坦克可以实现多种场景下的驱动仿真,在虚拟环境中能够紧贴高低起伏的地面实时完成前进、倒车、制动、左右转弯、瞄准敌方目标开炮等行为。本文提出了基于X Dreamer状态机坦克虚拟驾驶控制方案,极大地减少了系统资源消耗。最后,通过采用NPC（Non-Player Character,非玩家角色）自动寻路算法进行智能感知,NPC坦克能够动态规划路径,进而锁定敌方目标,然后与用户操纵的坦克一起完成编队协同作战仿真。经测试验证,视景仿真系统运行后保持在101-372FPS（Frame Per Second,帧率）,本系统的各模块设计仿真效果均已较好实现,基本达到了视景仿真系统实时交互性和真实沉浸感的要求。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和研究意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 基于手绘草图的几何建模 |
| 1.2.2 基于单张图像的三维重建 |
| 1.3 研究问题与挑战 |
| 1.4 本文主要贡献及结构安排 |
| 第2章 基于不同表达的简易几何建模综述 |
| 2.1 基于体素表达的几何建模 |
| 2.1.1 体素表达 |
| 2.1.2 基于体素的生成模型 |
| 2.2 基于深度图/法向图表达的几何建模 |
| 2.2.1 深度图/法向图表达 |
| 2.2.2 基于深度图/法向图的生成模型 |
| 2.3 基于参数化表达的几何建模 |
| 2.3.1 参数化表达 |
| 2.3.2 基于参数化表达的生成模型 |
| 2.4 基于点云表达的几何建模 |
| 2.4.1 点云表达 |
| 2.4.2 基于点云的生成模型 |
| 2.5 基于网格表达的几何建模 |
| 2.5.1 网格表达 |
| 2.5.2 基于网格的生成模型 |
| 2.6 基于隐式表达的几何建模 |
| 2.6.1 隐式表达 |
| 2.6.2 基于隐式表达的生成模型 |
| 2.7 基于混合表达的几何建模 |
| 2.8 本章小节 |
| 第3章 基于手绘草图的有机物体建模系统 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 算法设计 |
| 3.2.1 整体网格生成算法 |
| 3.2.2 局部细节生成算法 |
| 3.2.3 端到端的生成网络 |
| 3.3 数据集构建 |
| 3.3.1 动物头数据集的构建 |
| 3.3.2 草图数据集的构建 |
| 3.4 系统界面设计 |
| 3.4.1 草图绘制界面 |
| 3.4.2 模型编辑界面 |
| 3.5 实验结果与分析 |
| 3.5.1 视觉结果 |
| 3.5.2 实验对比 |
| 3.6 本章小节 |
| 第4章 基于手绘草图的人造物体建模系统 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 算法设计 |
| 4.2.1 部件生成算法 |
| 4.2.2 部件组装算法 |
| 4.3 系统界面设计 |
| 4.3.1 基于部件的多图层草图设计 |
| 4.3.2 基于部件的空间摆放调整 |
| 4.4 实验结果与分析 |
| 4.4.1 实验设计与训练 |
| 4.4.2 基于整体和基于部件的草图建模对比 |
| 4.4.3 基于不同表达方式的对部件生成对比 |
| 4.4.4 基于不同策略的部件组装对比 |
| 4.4.5 系统鲁棒性分析 |
| 4.4.6 成果展示 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于单张图像的物体建模系统 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 算法设计 |
| 5.2.1 算法概述 |
| 5.2.2 初始体素生成 |
| 5.2.3 隐式场引导的体素优化 |
| 5.2.4 面向联合学习的点云生成 |
| 5.2.5 端到端的联合训练 |
| 5.2.6 高精度体素生成 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.3.1 实验设计与训练 |
| 5.3.2 实验对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.2 本文工作展望 |
| 6.2.1 基于传统方法与深度学习相结合的几何建模 |
| 6.2.2 基于结构学习的几何建模 |
| 6.2.3 基于新型表达学习的几何建模 |
| 6.2.4 基于多模态学习的几何建模 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和研究意义 |
| 1.2 研究现状和预备知识 |
| 1.2.1 赤身人体参数化模型 |
| 1.2.2 赤身人体重建 |
| 1.2.3 穿衣人体重建 |
| 1.2.4 单目RGB视频穿衣人体重建与跟踪 |
| 1.2.5 人体神经渲染 |
| 1.2.6 人体几何数据集 |
| 1.3 主要贡献和组织结构 |
| 第2章 基于深度阶层网络的人体解耦表示 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 形变表示 |
| 2.2.1 ACAP特征 |
| 2.2.2 粗粒度的变形特征 |
| 2.2.3 ACAP特征生成网格 |
| 2.2.4 正规化形变特征 |
| 2.3 算法 |
| 2.4 嵌入学习 |
| 2.4.1 网络架构 |
| 2.4.2 损失函数 |
| 2.5 训练数据构造 |
| 2.5.1 连接关系转换 |
| 2.5.2 中性姿态构造 |
| 2.6 人体表示模型的使用 |
| 2.7 实验结果和讨论 |
| 2.7.1 定量评估 |
| 2.7.2 定性评估 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 从单张图片推断人体和衣物形状 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 算法 |
| 3.2.1 衣物模型 |
| 3.2.2 从图像到穿衣人体 |
| 3.2.3 蒙皮权重网络 |
| 3.2.4 偏移预测网络 |
| 3.2.5 损失函数 |
| 3.3 数据集构造 |
| 3.3.1 蒙皮权重数据集 |
| 3.3.2 合成数据集构造 |
| 3.3.3 高清纹理数据集 |
| 3.4 实验结果和讨论 |
| 3.4.1 方法的分析 |
| 3.4.2 定量比较 |
| 3.4.3 定性结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 单目自转视频的人体重建和渲染 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 算法 |
| 4.2.1 基准隐式SDF |
| 4.2.2 变形场 |
| 4.2.3 可微非刚性射线投射 |
| 4.2.4 隐式神经渲染网络 |
| 4.3 损失函数 |
| 4.3.1 显式损失 |
| 4.3.2 隐式损失 |
| 4.3.3 显式隐式结合 |
| 4.4 实现细节 |
| 4.5 实验结果和讨论 |
| 4.5.1 消融实验 |
| 4.5.2 结果展示和比较 |
| 4.5.3 单目的结果 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 MC辅助建模技术研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 关键技术比较 |
| 1.3 研究内容与意义 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 研究意义 |
| 1.3.3 论文结构 |
| 第2章 MC辅助建模基础与理论 |
| 2.1 三维实体的表示方法 |
| 2.1.1 构造实体几何表示法 |
| 2.1.2 边界表示法 |
| 2.1.3 分解表示法 |
| 2.1.4 扫描表示法 |
| 2.2 MC几何模型 |
| 2.2.1 MC粒子输运过程与几何分析 |
| 2.2.2 MC几何建模方法 |
| 2.3 BREP-CSG转换理论 |
| 2.3.1 基于分解的BREP-CSG转换算法 |
| 2.3.2 BREP-CSG转换算法优化 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 cosVMPT系统关键技术研究 |
| 3.1 开发环境 |
| 3.1.1 Open CASASDE |
| 3.1.2 FreeCAD |
| 3.2 cosVMPT系统设计 |
| 3.2.1 设计目标 |
| 3.2.2 体系结构 |
| 3.2.3 主要功能 |
| 3.3 辅助建模关键技术研究 |
| 3.3.1 BREP-CSG正向转换算法实现 |
| 3.3.2 转换算法优化 |
| 3.3.3 空腔生成算法实现 |
| 3.3.4 CSG-BREP反向转换算法实现 |
| 3.4 程序测试 |
| 3.4.1 功能测试 |
| 3.4.2 综合测试 |
| 3.4.3 对比测试 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于MeshCNN的智能分割算法研究 |
| 4.1 三维形状分割算法研究进展 |
| 4.1.1 基于体素(多视图)三维形状分割算法 |
| 4.1.2 基于点云三维形状分割算法 |
| 4.1.3 基于面片三维形状分割算法 |
| 4.2 聚变堆常用模型库设计 |
| 4.2.1 模型标记 |
| 4.2.2 模型库设计 |
| 4.3 智能分割算法实现 |
| 4.3.1 MeshCNN |
| 4.3.2 分割算法实现 |
| 4.4 智能分割算法验证 |
| 4.4.1 智能分割算法测试 |
| 4.4.2 智能分割算法鲁棒性测试 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 cosVMPT在聚变中子学建模中的应用研究 |
| 5.1 22.5°CFETR包层中子学分析 |
| 5.1.1 22.5°包层模型 |
| 5.1.2 cosRMC计算结果 |
| 5.2 CFETR辅助加热系统建模 |
| 5.2.1 离子回旋加热天线系统 |
| 5.2.2 电子回旋加热天线系统 |
| 5.2.3 低杂波加热天线系统 |
| 5.3 360°CFETR中子学模型 |
| 5.3.1 全堆中子学模型 |
| 5.3.2 全堆通量场计算 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.1.1 论文内容总结 |
| 6.1.2 论文创新之处 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 课题的研究背景及意义 |
| 1.3 多材料零件的定义与分类 |
| 1.3.1 功能梯度材料零件 |
| 1.3.2 复合材料零件 |
| 1.3.3 组合型多材料零件 |
| 1.4 国内外多材料零件建模方法 |
| 1.4.1 非估值建模方法 |
| 1.4.2 估值建模方法 |
| 1.4.3 复合建模方法 |
| 1.4.4 模型建模方法总结 |
| 1.5 国内外多材零件建模软件开发 |
| 1.6 国内外多材料零件的有限元分析 |
| 1.7 课题研究的主要内容 |
| 2 基于控制点的梯度源多材料零件建模方法 |
| 2.1 基于控制点的几何表示 |
| 2.2 基于“梯度源”的材质建模 |
| 2.3 实例建模与可视化分析 |
| 2.3.1 实例建模 |
| 2.3.2 单梯度源模型可视化分析 |
| 2.4 多梯度源模型可视化分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 STL文件的信息分析与读取 |
| 3.1 STL文件的信息分析 |
| 3.1.1 STL模型的文件格式 |
| 3.1.2 文件提取工具 |
| 3.2 STL文件读取 |
| 3.2.1 ASCII(文本)格式数据读取 |
| 3.2.2 BINARY(二进制)格式数据读取 |
| 3.2.3 显示读取结果 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 多材料零件3D打印建模软件开发 |
| 4.1 多材料零件建模软件工作流程 |
| 4.2 控制顶点的附材原理 |
| 4.2.1 控制顶点的一维原理 |
| 4.2.2 控制顶点的二维原理 |
| 4.2.3 控制顶点的三维原理 |
| 4.3 包围原理计算STL模型边界 |
| 4.3.1 设置包围盒边界材质 |
| 4.3.2 材料分配的线性插值算法 |
| 4.3.3 STL三角形网格的材料分布 |
| 4.4 多材料零件3D打印建模系统开发 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 TiC/Ni双材料与功能梯度材料力学性能分析 |
| 5.1 双材料与功能梯度材料 |
| 5.2 力学性能分析 |
| 5.3 材料物性参数 |
| 5.4 TiC/Ni双材料力学性能分析 |
| 5.5 TiC/Ni功能梯度材料有限元分析 |
| 5.6 FGM材料与双材料对比分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 虚拟仿真系统研究现状 |
| 1.2.2 Unity3D的研究现状 |
| 1.3 研究内容和意义 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 研究意义 |
| 1.4 本论文章节安排 |
| 第2章 仿真系统的构建软件 |
| 2.1 构建系统所用软件的选择 |
| 2.1.1 三维建模软件的选择 |
| 2.1.2 虚拟引擎选择 |
| 2.2 3dsMax建模基础 |
| 2.2.1 3dsMax建模方法 |
| 2.2.2 3dsMax建模基础 |
| 2.2.3 3dsMax建模的一般思路 |
| 2.3 Unity3D开发基础 |
| 2.3.1 Unity3D基本视图 |
| 2.3.2 Unity3D常用组件 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 智能制造仿真系统的单元设计 |
| 3.1 智能制造产线组成及架构 |
| 3.2 桌面级智能制造的业务流程及设计 |
| 3.3 各单元合理化设计与模型实现 |
| 3.3.1 立库、桁架机械手设计与建模 |
| 3.3.2 AGV小车设计与建模 |
| 3.3.3 车床、桁架机械手设计与建模 |
| 3.3.4 加工中心、桁架机械手设计与建模 |
| 3.3.5 机器人设计与建模 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 仿真系统的开发实现 |
| 4.1 3D模型的导入 |
| 4.2 场景设计 |
| 4.2.1 模型渲染 |
| 4.2.2 光源设计 |
| 4.2.3 天空盒设计 |
| 4.2.4 预制物体 |
| 4.2.5 成组技术 |
| 4.2.6 刚体属性 |
| 4.2.7 碰撞检测 |
| 4.3 Unity3D脚本设计 |
| 4.3.1 摄像机脚本设计 |
| 4.3.2 AGV小车脚本设计 |
| 4.3.3 立库与桁架机械手脚本设计 |
| 4.3.4 车床与桁架机械手脚本设计 |
| 4.3.5 加工中心与桁架机械手脚本设计 |
| 4.3.6 机器人脚本设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 功能测试及技术优化 |
| 5.1 功能测试 |
| 5.1.1 场景漫游功能测试 |
| 5.1.2 立库单元功能测试 |
| 5.1.3 车床单元功能测试 |
| 5.1.4 加工中心单元功能测试 |
| 5.1.5 机器人功能测试 |
| 5.2 技术优化 |
| 5.2.1 模型优化 |
| 5.2.2 渲染优化 |
| 5.2.3 程序优化 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 结论和展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 装配式建筑建模国内外研究现状 |
| 1.2.1 国外研究现状 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 建筑模型可视化国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 论文主要内容和论文结构 |
| 1.4.1 论文主要内容 |
| 1.4.2 论文结构 |
| 1.5 本章小结 |
| 第2章 装配式建筑构件建模方法研究 |
| 2.1 建模技术 |
| 2.1.1 BIM技术 |
| 2.1.2 BIM相关的建模软件分析研究 |
| 2.1.3 Revit平台研究 |
| 2.2 预制构件的分类 |
| 2.3 预制构件的参数化建模 |
| 2.3.1 常规构件的建模 |
| 2.3.2 异形构件的建模 |
| 2.4 Revit软件二次开发 |
| 2.4.1 二次开发实现方法 |
| 2.4.2 预制构件平台的搭建 |
| 2.5 Dynamo可视化编程 |
| 2.5.1 Dynamo批量放置算法 |
| 2.5.2 放置算法实现思路 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 装配式建筑可视化方法研究 |
| 3.1 WebGL |
| 3.2 Three.js |
| 3.2.1 坐标系 |
| 3.2.2 场景 |
| 3.2.3 相机 |
| 3.2.4 渲染器 |
| 3.2.5 三维模型的几何变换 |
| 3.3 glTF数据标准 |
| 3.3.1 glTF介绍 |
| 3.3.2 glTF2.0数据结构 |
| 3.4 三维模型重构 |
| 3.5 三维模型交互 |
| 3.6 漫游中的碰撞检测优化 |
| 3.6.1 相关的碰撞检测算法 |
| 3.6.2 射线碰撞的原理 |
| 3.6.3 射线碰撞检测 |
| 3.6.4 实例验证 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 装配式建筑可视化系统分析与设计 |
| 4.1 可视化系统可行性分析 |
| 4.1.1 技术可行性 |
| 4.1.2 经济可行性 |
| 4.1.3 社会因素可行性 |
| 4.2 可视化系统需求分析 |
| 4.2.1 系统功能需求 |
| 4.2.2 系统非功能需求 |
| 4.3 系统的总体设计 |
| 4.3.1 系统结构设计 |
| 4.3.2 系统功能模块设计 |
| 4.3.3 数据库设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 装配式建筑可视化系统实现与测试 |
| 5.1 可视化系统实现 |
| 5.1.1 用户登录模块的实现 |
| 5.1.2 个人信息模块的实现 |
| 5.1.3 建筑信息模块的实现 |
| 5.1.4 模型显示模块的实现 |
| 5.1.5 模型交互模块的实现 |
| 5.1.6 漫游模式模块的实现 |
| 5.1.7 帮助模块的实现 |
| 5.2 可视化系统测试 |
| 5.2.1 测试方法 |
| 5.2.2 测试结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 选题背景及意义 |
| 1.3 变形技术的研究现状 |
| 1.3.1 二维图像变形技术 |
| 1.3.2 基于网格曲面的三维变形技术 |
| 1.3.3 基于图像的三维模型变形技术 |
| 1.3.4 其他三维变形技术 |
| 1.4 本文研究思路、内容和结构安排 |
| 1.4.1 研究思路 |
| 1.4.2 研究内容 |
| 1.4.3 本文结构 |
| 第二章 网格变形的理论基础 |
| 2.1 三维几何模型的表示方式 |
| 2.2 基本定义 |
| 2.2.1 网格 |
| 2.2.2 点云 |
| 2.2.3 微分坐标 |
| 2.2.4 均值坐标 |
| 2.2.5 能量函数 |
| 2.3 共形映射 |
| 2.3.1 基本定义 |
| 2.3.2 离散曲面 |
| 2.3.3 黎曼度量 |
| 2.3.4 贝尔特拉米系数方程与系数 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于二维图像形状特征引导的三维模型变形算法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 变形算法概要 |
| 3.3 基于二维图像形状特征的三维模型变形算法 |
| 3.3.1 提取图像形状特征 |
| 3.3.2 提取原始三维模型形状特征 |
| 3.3.3 定义模型变形控制约束条件 |
| 3.3.4 改进的保刚性网格变形算法 |
| 3.4 实验结果及讨论 |
| 3.4.1 参数γ的实例研究 |
| 3.4.2 改进保刚性网格变形算法效果评估 |
| 3.4.3 基于二维图像形状特征的三维模型变形算法的有效性 |
| 3.4.4 基于二维图像形状特征的三维模型变形算法的效率 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于多模型形状特征关联的变形算法研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变形算法概要 |
| 4.3 基于多模型形状特征关联的变形算法 |
| 4.3.1 模型配准 |
| 4.3.2 准共形映射参数化 |
| 4.3.3 变形控制约束条件的定义 |
| 4.3.4 准共形迭代算法 |
| 4.3.5 模型恢复算法 |
| 4.4 实验结果及讨论 |
| 4.4.1 基于多模型形状特征关联的变形算法的有效性 |
| 4.4.2 基于多模型形状特征关联的变形算法的效率 |
| 4.4.3 消融研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于模型部件形状特征的三维模型变形方法研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 变形方法概要 |
| 5.3 基于模型部件形状特征的三维模型变形方法 |
| 5.3.1 模型数据预处理 |
| 5.3.2 基于八叉树的卷积神经网络分割算法 |
| 5.3.3 深度学习分类算法 |
| 5.3.4 模型部件变形 |
| 5.3.5 样条拼接算法 |
| 5.4 实验结果及讨论 |
| 5.4.1 模型切割结果比较 |
| 5.4.2 模型变形结果比较 |
| 5.4.3 模型变形方法的有效性 |
| 5.4.4 模型变形方法的效率 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 极端降雨与城市化进程 |
| 1.1.2 城市雨洪灾害频发 |
| 1.1.3 网络技术的高速发展 |
| 1.2 国内外相关工作研究进展 |
| 1.2.1 城市雨洪模拟技术 |
| 1.2.2 基于Web的流场三维可视化 |
| 1.2.3 云平台技术 |
| 1.3 问题的提出 |
| 1.3.1 城市雨洪数值模拟方面存在的问题 |
| 1.3.2 流场可视化方面存在的问题 |
| 1.4 本文主要研究思路 |
| 1.4.1 研究目标 |
| 1.4.2 主要研究内容 |
| 1.4.3 论文组织结构 |
| 2 城市雨洪水动力耦合模型构建与验证 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 地表水流模型 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 有限体积法离散 |
| 2.2.3 数值通量计算 |
| 2.2.4 高阶精度格式构造 |
| 2.2.5 降雨、入渗源项 |
| 2.2.6 源项处理 |
| 2.2.7 时间积分 |
| 2.2.8 干湿界面处理与边界条件 |
| 2.3 管网—河网水流模型 |
| 2.3.1 基本方程 |
| 2.3.2 Preissmann窄缝方法 |
| 2.3.3 有限体积法离散 |
| 2.3.4 高阶精度格式构造 |
| 2.3.5 边界条件 |
| 2.3.6 稳定性条件 |
| 2.4 模型耦合 |
| 2.4.1 地表与排水管网耦合 |
| 2.4.2 地表与河网耦合 |
| 2.5 模型验证 |
| 2.5.1 树状河网算例 |
| 2.5.2 环状河网算例 |
| 2.5.3 有压管网恒定流 |
| 2.5.4 管道水击算例 |
| 2.5.5 明满流过渡 |
| 2.5.6 90°弯道溃坝水流 |
| 2.5.7 地表水流向管网 |
| 2.5.8 溃坝洪水流经管网区 |
| 2.5.9 城市地区排水管溢流 |
| 2.5.10 河道—蓄滞洪区侧向耦合 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于WebGL和WebVR的流场可视化方法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 关键技术介绍 |
| 3.2.1 HTML5 |
| 3.2.2 JavaScript |
| 3.2.3 WebGL |
| 3.2.4 WebVR |
| 3.3 三维虚拟现实场景的建立 |
| 3.3.1 建立场景的方法 |
| 3.3.2 技术难点及解决方案 |
| 3.3.3 剖面绘制 |
| 3.3.4 示踪球及迹线表达 |
| 3.3.5 矢量场可视化 |
| 3.4 案例研究 |
| 3.4.1 案例介绍 |
| 3.4.2 案例研究结果 |
| 3.5 性能优化 |
| 3.6 工程应用 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 B/S架构的城市雨洪数值模拟系统设计、实现及云端部署 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 前端技术方案 |
| 4.2.1 前后端分离技术 |
| 4.2.2 MVVM开发模式 |
| 4.3 前端开发框架 |
| 4.3.1 框架与库的区别 |
| 4.3.2 前端框架的发展 |
| 4.3.3 前端框架的选择 |
| 4.4 基于Vue.js的三维WebGIS开发 |
| 4.4.1 前端工程化 |
| 4.4.2 WebGIS功能 |
| 4.4.3 前端技术集成方案 |
| 4.5 系统分析与设计 |
| 4.5.1 系统总体架构(B/S架构) |
| 4.5.2 系统功能设计 |
| 4.5.3 数据库设计 |
| 4.6 系统实现 |
| 4.6.1 开发环境 |
| 4.6.2 用户界面设计 |
| 4.6.3 移动端适配 |
| 4.6.4 主要功能模块实现 |
| 4.7 云平台技术的应用 |
| 4.7.1 云服务器的选择 |
| 4.7.2 云服务器的申请 |
| 4.7.3 系统部署 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 系统在成都市城市雨洪数值模拟中的应用研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 研究区域概况 |
| 5.2.1 计算范围 |
| 5.2.2 地形地貌 |
| 5.2.3 流域水系 |
| 5.2.4 排水管网 |
| 5.2.5 水文气象 |
| 5.3 自动化建模 |
| 5.3.1 流域模型建立 |
| 5.3.2 多维模型建立 |
| 5.3.3 模型耦合 |
| 5.3.4 降雨资料设置 |
| 5.4 远程计算 |
| 5.5 可视化展示 |
| 5.6 结果分析 |
| 5.6.1 模型验证 |
| 5.6.2 可视化对比 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关研究现状 |
| 1.2.1 虚拟画笔建模技术研究现状 |
| 1.2.2 虚拟绘制及控制技术研究现状 |
| 1.2.2.1 二维笔道绘制过程控制及仿真方法研究现状 |
| 1.2.2.2 虚拟三维绘制及控制技术研究现状 |
| 1.2.2.3 特殊笔道绘制效果控制技术研究现状 |
| 1.2.3 力觉反馈技术研究现状 |
| 1.2.4 碰撞检测技术研究现状 |
| 1.3 课题来源与论文主要研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 本论文主要研究内容 |
| 2 基于变刚度的虚拟3D画笔力反馈仿真模型 |
| 2.1 画笔的基本结构与绘制过程绘制行为分析 |
| 2.2 虚拟3D画笔几何模型构建 |
| 2.3 虚拟3D画笔变刚度弯曲力学模型构建 |
| 2.3.1 画笔骨架弯曲变形的基本方程 |
| 2.3.2 弯曲骨架的弹塑性弯曲分析 |
| 2.3.3 力反馈仿真分析 |
| 2.3.4 画笔轮廓控制截面扁曲变形 |
| 2.4 基于骨架驱动的虚拟3D画笔网格表面变形算法 |
| 2.4.1 网格变形骨架均值子空间算法步骤 |
| 2.4.2 骨架子空间模型的改进 |
| 2.4.3 变形能量约束函数 |
| 2.5 虚拟3D画笔画笔笔头分叉建模 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 虚拟触觉二维笔道绘制过程控制方法研究 |
| 3.1 虚拟二维笔道触觉绘制及控制方法 |
| 3.2 触觉绘制中特殊笔道绘制效果生成控制方法 |
| 3.2.1 触觉绘制中笔道颜色建模及控制 |
| 3.2.1.1 笔道颜色建模研究基础 |
| 3.2.1.2 KM颜料光学模型基本微分方程 |
| 3.2.1.3 笔道中单一颜料颜色绘制效果控制 |
| 3.2.1.4 笔道中多种颜料混合绘制效果控制 |
| 3.2.1.5 笔道中多层颜料叠加绘制效果控制 |
| 3.2.1.6 笔道颜色存储方法 |
| 3.2.2 触觉绘制中“水墨传输、扩散”效果建模及控制 |
| 3.2.2.1 宣纸建模 |
| 3.2.2.2 笔道初始区和扩散区分析 |
| 3.2.2.3 触觉绘制中画笔与宣纸表面间的水墨颜料传输过程控制 |
| 3.2.2.4 宣纸表面水粒子扩散过程控制 |
| 3.2.2.5 宣纸表面颜料粒子扩散过程控制 |
| 3.2.2.6 画笔笔头上颜料扩散过程控制 |
| 3.2.2.7 虚拟绘制中蒸发过程控制 |
| 3.2.2.8 颜料粒子在宣纸纤维中沉积过程控制 |
| 3.3 二维触觉绘制实验 |
| 3.3.1 虚拟二维笔道效果控制仿真实验 |
| 3.3.2 特殊笔道绘制效果控制仿真实验 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 虚拟三维笔道触觉绘制控制技术 |
| 4.1 虚拟油泥造型技术 |
| 4.1.1 虚拟油泥造型方法 |
| 4.1.2 基于压缩体素形式的虚拟油泥模型表面信息提取与存储 |
| 4.2 虚拟画笔与虚拟三维物体之间的碰撞检测算法及接触力模拟 |
| 4.3 虚拟触觉绘制过程三维笔道的生成 |
| 4.3.1 最小包围球与投影平面的建立 |
| 4.3.2 虚拟三维绘制笔道生成算法 |
| 4.4 三维触觉绘制实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 虚拟触觉绘制系统运行实时性优化研究 |
| 5.1 触觉绘制过程力反馈响应频率的确定 |
| 5.2 虚拟画笔动态采样时间优化 |
| 5.3 触觉绘制过程并行处理技术 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 虚拟三维物体表面触觉绘制原型系统实现 |
| 6.1 虚拟触觉绘制系统开发平台 |
| 6.2 触觉交互设备工作原理 |
| 6.2.1 力反馈交互设备 |
| 6.2.2 三维鼠标设备 |
| 6.3 虚拟触觉绘制系统工作流程与运行界面 |
| 6.3.1 虚拟触觉绘制系统主要工作流程 |
| 6.3.2 虚拟触觉绘制系统三维渲染的openinventor场景图 |
| 6.3.3 虚拟触觉绘制系统主要运行界面效果 |
| 6.4 虚拟触觉三维绘制过程综合仿真实验 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 读博期间的科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 课题研究背景及意义 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外发展现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 本文研究的主要内容和论文结构 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 视景仿真系统总体方案设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 视景仿真系统开发引擎Unity3D |
| 2.2.1 Unity3D作为视景仿真研发工具的优势 |
| 2.2.2 Unity3D的生命周期 |
| 2.3 视景仿真系统框架设计 |
| 2.3.1 三维模型框架 |
| 2.3.2 视景仿真系统总体结构 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 作战坦克驾驶网络化综合态势感知 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 态势感知与信息融合的关系 |
| 3.3 信息融合与资源管理 |
| 3.4 综合态势感知信息融合修正模型 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 视景仿真系统的环境开发 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 场景实体模型生成 |
| 4.2.1 3dsMax在虚拟现实中的应用 |
| 4.2.2 坦克模型建立与导出 |
| 4.3 地形建模 |
| 4.3.1 基于Unity3D的地形建模 |
| 4.3.2 Unity3D真实地形实现 |
| 4.4 虚拟场景构建 |
| 4.4.1 虚拟场景模型搭建 |
| 4.4.2 天空盒 |
| 4.4.3 虚拟驾驶光照处理 |
| 4.5 实时气象设置管理模块 |
| 4.5.1 实时获取天气信息 |
| 4.5.2 不同天气特效仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 视景仿真系统坦克驾驶动态驱动开发 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 Unity3D环境下坦克行为控制 |
| 5.2.1 坦克控制基础 |
| 5.2.2 旋转炮塔 |
| 5.2.3 坦克虚拟驾驶动力学建模 |
| 5.2.4 虚拟驾驶中的车辆碰撞检测 |
| 5.2.5 Unity3D中坦克运动控制 |
| 5.3 基于X Dreamer坦克虚拟驾驶控制方案 |
| 5.3.1 X Dreamer中文脚本工具介绍 |
| 5.3.2 场景漫游 |
| 5.3.3 炮塔与炮管的控制 |
| 5.3.4 坦克驾驶行为控制 |
| 5.3.5 坦克车轮与履带动态仿真 |
| 5.3.6 坦克制动和左右转弯 |
| 5.4 坦克作战仿真模块 |
| 5.4.1 发射炮弹 |
| 5.4.2 Game Manager数据管理 |
| 5.4.3 摧毁敌人 |
| 5.4.4 NPC自动寻路算法 |
| 5.5 音效 |
| 5.5.1 马达音效 |
| 5.5.2 发射音效 |
| 5.5.3 爆炸音效 |
| 5.6 仪表仿真模块 |
| 5.7 图形用户界面设计 |
| 5.8 本章小结 |
| 第六章 坦克虚拟驾驶视景仿真系统实现 |
| 6.1 视景仿真系统模块设计实现 |
| 6.2 视景仿真系统测试及分析 |
| 6.2.1 测试目的 |
| 6.2.2 测试环境 |
| 6.2.3 试验过程 |
| 6.3 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
