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基于增强的物质点法的非均质弹性材料仿真方法研究 被引量:3
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作者 赵静 唐勇 +1 位作者 李胜 汪国平 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期2598-2611,共14页
在基于物理的仿真领域,近几年流行的物质点法已经成为一种越来越重要的仿真方法.物质点法已经可以仿真雪、物质状态变化、颗粒状的沙子以及粘弹性的泡沫等物理现象.现有的各种复杂物理现象的模拟已经展示了物质点法作为一种通用的求解... 在基于物理的仿真领域,近几年流行的物质点法已经成为一种越来越重要的仿真方法.物质点法已经可以仿真雪、物质状态变化、颗粒状的沙子以及粘弹性的泡沫等物理现象.现有的各种复杂物理现象的模拟已经展示了物质点法作为一种通用的求解方法的潜质,然而对于仿真形变体尤其是自然界普遍存在的非均质材质还存在一些不足.当同一网格内部包含多种材质的粒子时,由于背景网格与粒子之间的插值只考虑粒子的几何位置而不包含物质属性信息,导致不同属性的粒子在网格内部表现为"平均化"的运动趋势.为了改进传统物质点法模拟多种材质的缺陷,该文提出了一种模拟非均质弹性材料的仿真方法.首先,在预处理过程中将仿真物体离散表示成粒子,针对物质的不同属性粒子的分布,建立物质边界并确定边界粒子,仿真过程中动态更新边界粒子的位置;其次,引入粒子影响域,区分网格内部具有不同属性的粒子,增加网格内部计算自由度;最后,提出一个判断准则,根据物质边界粒子的位置判定仿真粒子是在背景计算网格上求解还是粒子区域上求解.实验结果表明,利用改进的物质点法能够有效地模拟非均质材质弹性体的形变.与有限元法相比,该文方法在模拟非均质弹性体时可以获得相似的效果,并且在模拟拓扑结构变化的问题以及碰撞处理上更有优势. 展开更多
关键词 物质点法 非均质弹性材料 粒子区域 物质边界 数值断裂
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形变体仿真中材质本构模型的应用与设计综述 被引量:3
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作者 赵静 唐勇 +2 位作者 李胜 刘学慧 汪国平 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期2502-2523,共22页
本构模型是形变体仿真中最重要的因素之一,现有的基本本构模型的应力应变关系具有一定的局限性,形变行为比较单一.近年来,很多研究工作探讨如何设计更加复杂并满足设计师需求的材质模型.将材质模型分为3类:传统的具有单一材质属性的均... 本构模型是形变体仿真中最重要的因素之一,现有的基本本构模型的应力应变关系具有一定的局限性,形变行为比较单一.近年来,很多研究工作探讨如何设计更加复杂并满足设计师需求的材质模型.将材质模型分为3类:传统的具有单一材质属性的均质材质、具有复合结构的非均质材质以及根据基本材质模型通过编辑材质参数和结构以及编辑形变行为的材质模型.此外,梳理了近年来材质本构模型方面的研究成果,分类总结了相关技术及其优缺点,最后,讨论并指出形变体仿真中,本构模型应用与设计领域主要的技术挑战和需要进一步探索的方向. 展开更多
关键词 基于物理的仿真 本构模型 各向异性材质 非均质材质 基于样例材质
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利用Laplace-Beltrami形状空间的基于样例材料的快速仿真方法 被引量:1
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作者 赵静 唐勇 +1 位作者 李胜 汪国平 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第9期1681-1688,共8页
物理仿真中当仿真对象与样例具有不同拓扑结构时,现有采用Laplace-Beltrami算子在表面网格上构建形状插值空间的基于样例仿真方法,在重建其欧氏空间表示时会有精度和效率损失.为克服上述问题,提出一种高效地利用Laplace-Beltrami形状空... 物理仿真中当仿真对象与样例具有不同拓扑结构时,现有采用Laplace-Beltrami算子在表面网格上构建形状插值空间的基于样例仿真方法,在重建其欧氏空间表示时会有精度和效率损失.为克服上述问题,提出一种高效地利用Laplace-Beltrami形状空间的基于样例的仿真方法.首先,提出基于有限元形函数离散化方法的Laplace-Beltrami算子在体网格上计算特征函数,该特征函数重建后直接获得体网格位移,避免了近似的投影过程;其次在特征函数构成的形状空间中采用简化的线性插值来计算目标形状,提高了仿真效率;最后依据目标形状计算出的样例引导力,在有限元仿真框架下实现基于样例材料的形变体仿真方法.实验结果表明,该方法可以获得与已有方法相似的仿真结果,并具有更高的仿真效率. 展开更多
关键词 Laplace-Beltrami特征分析 基于样例材料 四面体网格 有限元方法
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全局优化的保约束三维人造模型编辑方法
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作者 张琮毅 曹成坤 +1 位作者 王少荣 汪国平 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期698-706,共9页
为了使得全局优化方法能够高效地应用在保约束三维人造模型实时编辑中,提出一套完整的处理方法.首先在模型中预先提取特征点并建立约束方程,分别表示特征点与它们所属几何形状的约束关系以及几何形状之间的约束关系,而通过引入形状参数... 为了使得全局优化方法能够高效地应用在保约束三维人造模型实时编辑中,提出一套完整的处理方法.首先在模型中预先提取特征点并建立约束方程,分别表示特征点与它们所属几何形状的约束关系以及几何形状之间的约束关系,而通过引入形状参数作为额外变量,约束均可表示为低阶多项式方程组;在编辑过程中对特征点位置和形状参数同时进行优化,先将约束方程近似为线性方程求得初解,再从初解出发求得原非线性方程的精确解;在得到满足约束的特征点位置后,采用层次化形变策略联动网格模型.文中方法结合交互界面协助用户完成编辑操作,实验结果表明,该方法在普通桌面级计算机上具有较高的计算效率和精度,且能够处理种类丰富的人造模型. 展开更多
关键词 约束形变 语义编辑 模型分割 特征提取
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参数域边界平直化的模型表面参数化方法
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作者 鲜永章 姚洋 +2 位作者 张琮毅 盖孟 汪国平 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期740-750,共11页
为了支持简化模型纹理边界、满足模型简化中纹理映射需求,提出了一种参数域边界平直化的模型表面参数化方法.给出了由变换能量、防翻转能量和稀疏能量组成的能量方程.求解时引入辅助变量并求得近似解.实验中分别使用文中方法和已有参数... 为了支持简化模型纹理边界、满足模型简化中纹理映射需求,提出了一种参数域边界平直化的模型表面参数化方法.给出了由变换能量、防翻转能量和稀疏能量组成的能量方程.求解时引入辅助变量并求得近似解.实验中分别使用文中方法和已有参数化方法进行比较.在使用缺省参数情况下,文中方法面积和角度扭曲都处于合理范围.将不同参数化方法得到的带纹理模型简化到相同简化率.从简化误差数值和简化后视觉效果进行定量定性分析,都证实了文中方法更具优越性.进一步可以将其应用到游戏、航空等领域. 展开更多
关键词 平面参数化 纹理边界简化 边界平直化
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利用一致性检验的多图像中前景物体的自动分割 被引量:5
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作者 潘成伟 张建国 +1 位作者 陈毅松 汪国平 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期1028-1036,共9页
图像中前景物体的分割具有十分广泛的应用,传统的方法需要借助一定的人工交互来获得前景物体的初始区域,但对于多图像数据集,这种人工交互的方式是十分烦琐的.为此提出一种基于一致性检验的多图像自动前景物体分割的方法.首先借助一定... 图像中前景物体的分割具有十分广泛的应用,传统的方法需要借助一定的人工交互来获得前景物体的初始区域,但对于多图像数据集,这种人工交互的方式是十分烦琐的.为此提出一种基于一致性检验的多图像自动前景物体分割的方法.首先借助一定的三维场景的先验知识在多幅图像之间进行视图转换;然后对图像中的每个像素进行一致性分析,得到初始的前、背景标记结果;最后基于这个初始的标记结果构建相应的能量方程,并进行迭代优化,最终得到前景物体的精确轮廓.实验结果表明,该方法能够准确地检测出图像中前景物体的位置以及提取其轮廓,并能够利用分割的结果进行准确的三维重建. 展开更多
关键词 三维重建 图像分割 颜色模型 VisualHull 图割
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尺度可变的快速全局点云配准方法 被引量:16
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作者 张琮毅 魏子庄 +2 位作者 徐昊文 陈毅松 汪国平 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第9期1939-1952,共14页
随着三维场景数字化技术的发展,人们获取真实物体三维点云模型的途径愈发丰富.通过设备采集或多视图重建得到的分片点云模型需要进行配准生成完整模型,而由于获取途径不同或设备误差影响,分片点云往往具有放缩尺度不一致,初始相对位置... 随着三维场景数字化技术的发展,人们获取真实物体三维点云模型的途径愈发丰富.通过设备采集或多视图重建得到的分片点云模型需要进行配准生成完整模型,而由于获取途径不同或设备误差影响,分片点云往往具有放缩尺度不一致,初始相对位置关系不可靠,特征错配率高且噪声较大等问题.本文提出了一种尺度可变的快速全局点云配准方法,从点云中首先提取局部特征信息并进行匹配,在特征匹配关系确定的情况下,交替优化目标函数中的不同分量,使之快速收敛至最优解.由于目标函数带有鲁棒核,从而对实际问题中不可避免的特征错误匹配所带来的干扰具备较大容错能力.此外,本文设计了完整的端对端点云匹配流程,提出了考虑尺度差异的局部特征匹配方法,且对于高维特征描述子CSHOT使用降维方法大幅提升匹配速度.本文在多种类型的数据中进行测试,实验结果表明,本文方法在处理尺度不一致的点云模型配准问题中兼具效率与效果优势,与点云的初始相对摆放位置无关,且对于噪声较大和特征错配率高的数据均具有稳定性. 展开更多
关键词 点云配准 线性优化 局部特征描述子 特征匹配 目标函数
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基于物理的不可压缩流体模拟技术综述 被引量:4
8
作者 吴德阳 唐勇 +2 位作者 刘浩阳 刘培艺 汪国平 《高技术通讯》 EI CAS 北大核心 2020年第11期1189-1204,共16页
不可压缩流体的模拟作为计算机图形学的重要研究领域之一,为增强现实、丰富虚拟环境等提供了重要的技术支持,然而如何实时模拟真实感强、更复杂的流体流动效果一直是计算机图形学的难点。以不可压流体仿真领域常用的方法为主线,对近些... 不可压缩流体的模拟作为计算机图形学的重要研究领域之一,为增强现实、丰富虚拟环境等提供了重要的技术支持,然而如何实时模拟真实感强、更复杂的流体流动效果一直是计算机图形学的难点。以不可压流体仿真领域常用的方法为主线,对近些年来国内外学者在该研究领域取得的成果进行了系统性分析。首先介绍求解不可压缩流体纳维-斯托克斯方程(N-S)的具体步骤。其次根据现有流体仿真方法的特点,分别对基于物理的Lagrange粒子法、Eular网格法、粒子-网格混合法进行了综述,并对各个方法进行对比分析。最后,总结并展望了该领域在未来研究中的重要研究方向。 展开更多
关键词 不可压缩流体模拟 Eular网格法 Lagrange粒子法 流体模拟综述
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精度可控的字典全局相似性点云压缩 被引量:4
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作者 曹成坤 张琮毅 汪国平 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期869-877,共9页
为了控制三维点云数据的压缩精度,通过对点云空间划分建立字典结构,提出一种压缩精度可控的全局相似性点云压缩方法.首先对点云进行均匀空间划分并离散表示;然后建立一个字典,作为表示该离散数据的一组基以及一套用词条索引表示的数据结... 为了控制三维点云数据的压缩精度,通过对点云空间划分建立字典结构,提出一种压缩精度可控的全局相似性点云压缩方法.首先对点云进行均匀空间划分并离散表示;然后建立一个字典,作为表示该离散数据的一组基以及一套用词条索引表示的数据结构;最后通过对字典中相似词条合并实现字典压缩,并通过无损编码实现索引压缩.实验结果表明,在普通PC机环境下对ModelNet和Farman数据集中的2组点云数据,该方法均能进行任意指定精度的压缩. 展开更多
关键词 点云压缩 基于字典的压缩 字典相似性 空间划分
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基于神经辐射场的视点合成算法综述 被引量:16
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作者 常远 盖孟 《图学学报》 CSCD 北大核心 2021年第3期376-384,共9页
基于图像的视点合成技术在计算机图形学与计算机视觉领域均有广泛的应用,如何利用输入图像的信息对三维模型或者场景进行表达是其中的关键问题。最近,随着神经辐射场这一表示方式的提出,大量基于此表示方法的研究工作对该方法进行了进... 基于图像的视点合成技术在计算机图形学与计算机视觉领域均有广泛的应用,如何利用输入图像的信息对三维模型或者场景进行表达是其中的关键问题。最近,随着神经辐射场这一表示方式的提出,大量基于此表示方法的研究工作对该方法进行了进一步优化和扩展,在准确性、高效性等方面取得了良好的成果。该类研究工作可以根据研究目的大致分为两大类:对神经辐射场算法本身的分析以及优化,和基于神经辐射场框架的扩展及延伸。第一类研究工作对神经辐射场这一表示方法的理论性质和不足进行了分析,并提出了优化的策略,包括对合成精度的优化、对绘制效率的优化以及对模型泛用性的优化。第二类研究工作则以神经辐射场的框架为基础,对算法进行了扩展和延伸,使其能够解决更加复杂的问题,包括无约束拍摄条件下的视点合成、可进行重光照的视点合成以及对于动态场景的视点合成。在介绍了神经辐射场模型提出的背景之后,对以其为基础的其他相关工作按照上述分类进行了讨论和分析,最后总结了神经辐射场方法面对的挑战和对未来的展望。 展开更多
关键词 基于图像的绘制 视点合成 神经辐射场 神经渲染 深度学习
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