织物模拟技术分析及基于OpenGL的三维效果实现

分析了现有的织物模拟技术，针对织物模拟在观察角度、三维立体效果、光照等方面存在的不足，提出了在OpenGL环境下，引入NURBS曲面的方法。用此方法较好地解决了曲面织物模拟、光照、多视角等问题，增强了织物模拟的三维效果。     

基于六边形网格细分算法的自由曲面构造方法

为了实现高清晰的3D图像的制作以及各种机械器件A级曲面的构造,通过以六边形网格细分理论为基础,在图形顶点的几何推理约束限制条件下,改进几何推理技术,并将自由曲面构造中的FFD方法与派生曲面构造法相结合,最终提出了一种新的自由曲面构造方法.结果表明,自由曲面构造方法有效地构造出了具有逼真的立体感和动态效果的3D图像.     

基于Loop细分方法的曲线插值

生成带有曲线插值约束的细分曲面,提出基于Loop细分方法的曲线插值方法,不需要修改细分规则,只需以插值曲线的控制多边形为中心多边形,向其两侧构造对称三角网格带,该对称三角网格带将收敛于插值曲线.因此,包含有该三角网格带的多面体网格的极限曲面将经过插值曲线.运用本方法可在三角网格生成的细分曲面中插值多条不相交的曲线.     

基于Loop细分的自适应细分曲面算法

首先研究了传统的Loop细分曲面算法,通过分析发现随着细分次数的增多细分算法中三角形网格片数增长过快。针对这一问题提出一种自适应细分曲面算法。算法根据相邻两个三角形面上的法向量的夹角,判断细分网格中较为光滑和非光滑的区域。实验结果表明,算法提高了数据处理速度,并且模型简单易实现。     

简单几何约束变形与细分曲面的形状编辑

将简单几何约束变形与Catmull-Clark细分规则相结合,首先,在当前细分层次网格上按要求施加相关的约束变形特征以及设定变形区域; 然后,由细分规则得到这些约束变形特征及变形区域在随后细分各层次网格之间的传递映射关系;最后,在所要求的细分层次网格上重新作用简单几何约束变形,得到最终变形结果.试验证明,此编辑变形算法简单直观,具有良好的实时交互性,同时在整个细分过程中,保证满足相应的约束要求,未来可以考虑将其应用于CAD/CAM和计算机动画中.     

曲面细分模式的分类研究

从曲面细分的发展过程出发,对曲面细分模式进行了分类研究.按照初始网格单元的类型分别对三角形网格细分和四边形网格细分中几种典型的细分模式,如 Catmull-Clark细分、Loop细分、Doo-Sabin细分、蝶形细分、2细分、3细分进行了描述,重点对细分曲面的连续性、细分的规则进行研究并对曲面细分技术未来发展进行了展望.     

基于镶嵌的三次Bezier曲面细分

贝塞尔细分在图形显示、计算、设计等方面有着重要的理论和实际应用价值。本文运用DirectX11的镶嵌实现赡塞尔曲面细分,运用Bernstein多项式矩阵表示逼近Bezier曲面,并通过GPU处理大幅提升曲面细分渲染速度。从外壳着色器和域着色器获得了编程灵活性,又兼顾从一种固定功能硬件分块器中获得巨大的性能提升。     

基于Loop细分算法的曲面边界控制及曲面拼接

文章提出了3种算法实现边界点不全在边界条件多边形上的满足边界条件的Loop细分,利用这些算法,能控制曲面的边界曲线的形状;在此基础上,提出了基于Loop细分的2个曲面的拼接算法,拼接后的曲面能在非特殊点处达到C2连续,在特殊点处C1连续;应用所提出的算法不仅可以对细分曲面进行拼接,还能对残缺的曲面进行修补,使之能够产生光滑的曲面.     

基于Catmull-Clark细分的曲面裁剪运算

曲面裁剪运算是CAD/CAM领域最重要、最复杂的问题之一,四边形网格在工程CAD/CAM的实际应用中较为广泛.文中基于Catmull-Clark细分,提出一种对平面四边型网格进行操作的曲面裁剪运算:在细分曲面求交完成后,采用局部修改交点处的控制网格拓扑结构和局部修正控制网格顶点位置的方法,实现了对Catmull-Clark细分曲面的裁剪运算.文中还给出了控制网格上任意点在细分曲面上的位置计算推导、裁减算法流程与应用实例.     

基于细分思想的自由造型技术在CACD中的应用

设计一个快速的交互式工具支持概念设计,将细分曲面及自由变形技术应用到计算机辅助概念设计(CACD)中;在t-FFD算法基础上,提出了基于细分曲面的自由变形算法思想,将两者相融合,克服了t-FFD算法为获得光滑变形采用的距离加权融合方法的不足,使变形空间更光滑,变形更快速.应用该算法开发的CACD系统可提供用户一个方便快捷的设计工具,提高设计效率,优化变形效果.     

基于弹簧质点模型的织物变形仿真技术

讨论了一种基于弹簧质点模型的织物变形仿真技术，并提出了一种变形约束技术．在建立弹簧质点模型的基础上，通过受力分析得到织物变形的动力学方程，采用Runge-Kutta算法结合变形约束求解其方程，实现了织物变形仿真．用很少的运算时间取得了满意的仿真结果，证明了本弹簧质点模型的实时性．     

Cloth Modeling Based on Particle System

A physical-based particle system is employed for cloth modeling supported by two basic algorithms, between which one is the construction of the internal and external forces acting on the particle system in terms of KES-F bending and shearing tests, and the other is the collision algorithm of which the collision detection is carried by means of bi-section of time step and the collision response is handled according to the empirical law for frictionless collision. With these algorithms, the geometric state of particles can be expressed as ordinary differential equations which is numerically solved by fourth order Runge-Kutta integration. Different draping figures of cotton fabric and wool fabric prove that such a particle system is suitable for 3D cloth modeling and simulation.     

织物仿真三维模型的建立方法

织物变形仿真是近年来计算机图形学的研究热点，对当前较为流行的仿真模型的建立方法分别从几何的、物理的和混合的3个方面进行了综述，并在最后对3种技术的优缺点进行了评价。     

基于面分块的三维人脸模型的边界表示方法

针对人脸造型中脸部模型的存储与表示问题,对人脸的生理结构特征进行了分析,在人脸共性的基础上,提出了一种基于面分块的三维人脸模型,并用边界表示法给出了这种模型的数据结构。按器官组织将人脸分解,各部分可以单独处理,合并起来又能构成一张完整的人脸,这种方法有利于表情的模拟和脸部动作的构造。     

带弧长约束条件的细分曲线设计

为了精确表示目标物体的形状信息,满足弧长、面积和体积等条件的带几何约束的曲线曲面设计成为CAD中常见的问题。用细分方法解决带弧长约束条件的曲线设计问题,通过调整细分中的自由参数来控制细分控制多边形的累加弦长（极限情况下为曲线的弧长）。给出了该问题的解存在的一个充分条件,讨论了弧长的若干性质。同时在弧长约束下,给出了一种生成精确圆周的算法,并且讨论了参数的变化情况。数值试验结果表明了算法的有效性。     

三角网格上细分曲面的尖锐特征造型

尽管光滑性是我们在自由曲面造型时的最主要的目标，在某些特定情况下却需要产生非光滑的特殊效果，如折痕、角、尖刺、锥等尖锐特征。本文主要研究基于Loop格式的尖锐特征的生成。一种基于网格拓扑结构的修改的方法把诸如折痕、角、尖刺、锥和交点的生成统一了起来，同时第一次由本文生成了多条折痕交点的特殊效果。实例表明由本文中方法生成的尖锐特征效果非常好。     

基于Catmull-Clark细分的曲面裁减运算研究

本文在Catmull-Clark细分曲面求交完成后,采用局部修改交点处的控制网格拓扑结构和局部修正控制网格顶点位置方法,给出了控制网格上的任意点在细分曲面位置上的计算推导,方便地实现了对Catmull-Clark细分曲面的裁剪运算。     

函数型曲面细分算法及其性质

提出了一种较一般的函数型曲面的细分算法，该算法包容了四点法、二次Ｂ样条、三次Ｂ样条曲面。主要结果是给出一个保证算法收敛的充分条件，对于连续性也作了探讨。