基于Bezier曲线的涡轮叶片造型方法

在涡轮钻具的研究设计中,选取一种合理曲线作为涡轮叶片的型线,直接影响着涡轮的性能。通常在涡轮叶片设计时,首先给定了叶片的进口角度和出口角度,并要求选择的曲线必须保证在起点和终点存在一阶导数。Bezier曲线是应用于二维图形应用程序的数学曲线,具有高阶光滑、表达和使用方便、形状控制和修改简单等特点。运用Bezier曲线对涡轮叶片造型进行合理设计:以转子外径D1=184mm、定子内径D2=144mm的涡轮为例,首先确定叶片基本参数和叶片流动参数,然后采用4阶Bezier曲线对涡轮的叶片造型进行设计计算并建立三维模型,通过使用仿真软件,对流道模型进行流场仿真,最后观察仿真情况再优化涡轮叶片的型线,从而为涡轮钻具的设计及分析提供参考。     

苹果花序几何造型及可视化研究

重构出植物的三维形态是数字植物研究的重要内容之一.为了实现对苹果花及花序三维形态结构的交互设计、几何建模和真实感显示,提出了精确描述苹果花序三维形态结构的数学模型及可视化方法.通过对苹果花及花序形态结构的观测分析,分别提出了描述花柄、花托、花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊三维形态结构的数学模型,并提取了模型的控制参数;进一步整合苹果花及花序的拓扑结构信息,实现了苹果花及花序的三维重建.为了增强花的真实感,提出了花柄、花托和花萼上绒毛的生成方法.结果表明,该方法可控性强,易于操作,可以精确重构出苹果花和花序的三维形态,并可实现开花过程的可视化模拟、具有较强的真实感.     

水稻叶片几何参数无损测量方法研究

【目的】提出实现自然生长状态下的水稻叶片几何形态参数视觉无损测量,为实时监控水稻的生长状况提供准确的数据,也为农学研究者提供新的技术手段。【方法】类似曲线长度细线测量方法,在叶脉上通过手势交互绘制确定一组控制点,插值生成过控制点的3次B样条曲线,调整控制点使得B样条曲线逼近叶脉方式实现水稻叶片长度测量。在叶片最大叶宽处绘制1次B样条曲线实现水稻叶片最大叶宽测量。采用基于4个方向模板运算的距离变换算法对茎叶夹角图像进行骨架信息提取,并利用Hough变换对提取的骨架信息进行直线检测实现茎叶夹角计算。应用BP神经网络、支持向量机回归和随机森林回归算法对样本数据进行训练,以水稻叶片长度、叶片最大宽度作为输入变量对水稻叶面积进行估测。【结果】B样条曲线逼近方式计算的水稻叶长的平均绝对误差和平均相对误差分别为0.523 3 cm和2.33%,叶宽的平均绝对误差和平均相对误差分别为0.055 2 cm和6.66%。Hough变换计算的茎叶夹角平均绝对误差和平均相对误差分别为1.27°和2.46%;通过对金优458和中早35两个不同品种结果对比,相较于其他模型,发现BP神经网络模型对叶面积估测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差分均为最低,其中JY458品种的均方根误差、平均绝对误差及平均相对误差分别为1.189 2 cm2、1.061 cm2和4.95%,ZZ35品种的均方根误差、平均绝对误差及平均相对误差分别为1.143 1 cm2、0.959 5 cm2和4.85%。【结论】从图像采集到测量操作过程都不与被测叶片器官进行接触,真正意义上实现了对水稻叶片几何形态参数的无损测量,且操作便捷,测量精度高,误差小,完全能够满足农学研究的需求,为其他植物器官的几何形态参数无损测量提供了一种新的普适方法。     

基于多段式等比例点的水稻叶片几何模型研究与三维实现

在试验观测的基础上,通过对水稻叶片在不同时期、等比例截断点的叶长与叶宽之间定量关系的分析,利用一条二维曲线与多段3阶B样条联合曲线共同构建水稻叶片几何模型,以便更准确地模拟出水稻叶片的虚拟生长.实践证明:该方法能够较为准确地根据叶长、叶宽、叶形等参数模拟水稻生长叶片,且与生产中水稻叶特征变化相一致.利用水稻叶片在各时期的空间坐标试验数据对叶曲线方程进行模拟分析,结果表明基于多段式等比例点的叶曲线方程可以更加准确、可靠地表现水稻叶曲线特征.     

计算机几何造型技术在工程图学CAI课件中的应用

利用组合体形体分析法对组合体几何造型方法进行了研究,采用边界表示法,以面、环、边、点层次结构来定义物体,并进行体素拼合运算和相应的图形显示处理。自行开发的软件系统实现了交互式基本体素的造型,通过拼合运算生成组合体,并根据造型产生的立体几何信息及拓扑信息进行图形变换。     

水稻叶片几何参数的模拟分析

【目的】在生长模型输出的基础上，构建预测水稻叶片几何参数的动态模型，以便更准确地实现水稻的虚拟生长。【方法】在试验观测的基础上，分析了不同品种类型水稻分蘖与主茎同伸叶片叶长之间以及叶长与叶宽之间的定量关系，进一步耦合水稻叶龄、叶面积和茎蘖数模拟模型，进行水稻叶片几何参数变化的动态模型构建。【结果】不同品种类型水稻分蘖与主茎同伸叶片的叶长比随分蘖叶序呈二次曲线变化，叶长与叶宽的关系可用幂指数函数描述。运用独立实测资料对模型进行的初步检验显示，本模型可较好地模拟不同生长条件下水稻不同叶位叶片的几何参数。【结论】本研究构建的水稻叶片几何参数分析模型较好地体现了器官几何参数受生态环境、品种类型和栽培措施影响的形态生理规律，为水稻虚拟生长提供了可靠和普适的叶片几何特征确定方法。     

苹果果实几何造型及可视化研究

提出了一种苹果果实几何造型的方法.采用Bé zier曲线拟合苹果果实的轮廓,通过加入表征品种特征的扰动函数来控制果实表面的果棱.模型可控参数少且具有明确的生物学意义,易于与农业知识结合.针对苹果果实品种繁多、表面颜色丰富的特点,除了采用纹理映射方法绘制苹果表面外,还提出了基于颜色表的表面颜色随机填充法.试验结果表明该方法能够模拟多种苹果品种果实的外观特征,具有较好的真实感效果.     

基于NURBS的植物叶片几何建模

植物叶片属于非刚性物体,形态比较复杂,对其快速准确的建模对于虚拟植物生长可视化研究具有重要意义。笔者以板蓝根叶片为例探讨了基于少量三维实测数据,结合OpenGL求值器机制和NURBS函数建立叶片几何模型,研究了叶片几何模型的建立过程。     

基于B样条曲线的水稻叶片几何参数测量系统

基于B样条曲线的水稻叶片几何参数测量系统能无损、精确获取水稻叶片几何参数,可为农学研究提供精准数据。该研究分析了B样条曲线拟合基本原理,采用1次B样条曲线获取水稻最大叶宽,基于3次B样条曲线交互绘制手势轨迹曲线逼近叶脉获取水稻叶长,控制点数量和位置可人工干预,实现轨迹曲线实时调整。运用变异系数和均方根误差评价测量结果,结果显示,叶长变异系数为2.4%,叶宽变异系数为5.4%,均小于15%,测量结果精度较高;建立系统预测值和实测值线性回归拟合模型,水稻叶长均方根误差为1.534 0 cm,叶宽均方根误差为0.101 9 cm,系统预测能力较好。利用B样条曲线测量叶片几何参数,前期图像获取简便,能够真正实现便捷、无损、准确获取水稻叶长、叶宽,为水稻叶片几何参数的测定提供了一种新的测量方法,可满足农业科学研究基本需要。     

基于改进的几何活动轮廓模型的叶片自动分割

叶片的形态测量在苗木生长自动监测中具有重要意义,在形态测量前首先要将完整的叶片从背景中提取出来.针对彩色苗木叶片图像的特点研究了利用几何活动轮廓模型进行完整叶片的自动分割的方法.首先利用图像的全局信息和C-V模型进行初始分割,当曲线到达目标边界附近时,利用改进的基于图像局部信息的能量模型进行边界的精确定位.该方法将C-...     

风力机叶片三维线框图的设计和显示

根据风力机叶片设计的实际过程，在三次参数样条曲线拟合叶片翼型曲线的基础上，提出了一种在计算机上能立体显示叶片截面及其结构的程序设计方法。即把叶片截面外形各点的坐标经过旋转变换形成叶片三维线框模型数据，将三维坐标经过投影变换到平面坐标上（称为世界坐标），再将世界坐标变换到设备坐标上，最后通过绘图函数将变换后的数据用图形显示在屏幕上。本研究可为风力机叶片及其它相似复杂形体的计算机绘图提供了依据。     

基于ArcGIS和Creator的三维地形建模

利用ArcGIS和Creator在三维可视化建模方面的特点,根据构建三维地形数据来源的多样性,给出地形建模中数据的获取方法,并就数据的转换和优化处理进行了分析．以湄洲湾三维地形的可视化为例,提出了基于ArcGIS和Creator构建三维地形的方法和一般流程,探讨了地形数据库优化的方法．     

园林植物三维建模方法初探

笔者在计算机图形学的基础上,针对景观的表现论述了园林植物三维模型建造的手工方法及计算机生成方法及理论,并指出植物三维建模的困难,针对这些困难从实践中提供了植物建模的相应对策,即减少数据量、进行模型的修改使之产生变化、增加植物的自然属性、正确选择更先进技术、选择可以变化贴图的材质进行贴图,这样可以更好地解决实践中景观表现中植物建模的困难。     

虚拟农场地形地貌建模研究

提出了利用导入农场地形轮廓、合理规划地形高度图的方法建立可动态更新的统一数据地形,并通过合理设计地形纹理,使纹理贴图与地形有机结合,实现了逼真的地表效果。在农场地貌设计中,为了解决虚拟农场中无法实现按农艺要求种植植物的问题,提出了在虚拟场景编辑模式下建立自定义插件,完成批量精确定位种植植物的方法,实现了虚拟环境下种植农作物的自动化、精确化。以上方法建立的地形及地形上的植物可动态实时更新,为后期进一步开发农场仿真操作提供了技术保障。     

马来麻竹生物质风电叶片的制造与评价

针对目前玻璃钢风电叶片存在的不可再生利用的问题,利用动态热机械分析仪(DMA)检测1～4 a竹龄的马来麻竹竹青试件的常温存储模量值,用于作为最佳的风电叶片复合材料的增强相使用,再按不同竹龄将马来麻竹竹青制成竹青层积材,利用INSTRON 5582万能力学试验机对马来麻竹竹青层积材分别进行检测。实验证明:随着马来麻竹竹龄的增加,马来麻竹竹青试件的常温存储模量值也相应的增加,也就是说,在常温条件下,马来麻竹竹青的刚性随马来麻竹竹龄的增加而增加,但是马来麻竹到了一定竹龄后,其竹青的刚性渐渐趋于稳定。一般3 a生的成熟马来麻竹的竹青部分的常温存储模量位于1010Pa(10 GPa)数量级以上,一般能满足作为风力发电叶片复合材料中增强相材料的使用。由3 a生的成熟马来麻竹竹青制成的竹青层积材复合材料,其物理力学性能均达到或超过目前国外风电叶片在用的常规木材/环氧层积材。     

基于Unity3D的撒肥机三维建模与作业环境仿真平台的搭建

以撒肥机械为例,搭建一个通用的农机仿真平台。使用Pro/E和3DS Max对撒肥机进行三维建模,将建立好的三维模型完整导入到Unity3D软件当中,建立农田、道路、草木等地表环境的虚拟场景。利用软件自带的物理引擎对撒肥机的机械传动原理和工作状态进行虚拟仿真,为建立农机虚拟仿真平台打下基础。     

结合图像重建和L系统的虚拟水稻模型系统设计

提出了一种结合图像重建和L 系统的虚拟水稻可视化模型系统。水稻主茎采用L系统生成,由于水稻细节对视觉效果影响较小,采用水稻器官表面重建,用规则建模来提高模型的可控性,基于图像重建可以得到更好的可视效果。结果表明,该系统方法能够降低建模复杂度,较好地实现虚拟水稻的可视化展现。     

基于广义三棱柱的三维地质体建模及可视化研究

根据钻孔数据的特点,建立了一种以广义三棱柱作为基本体元的三维地质体模型,同时给出了构模过程和关键算法。该方法首先将原始的钻孔数据进行Delaunay三角剖分,生成表面的不规则三角网,然后顺序连接相邻钻孔上相同的地层片段形成三棱柱,并进行尖灭处理,最后迭代搜索出连续的相同属性的地层,构建层叠式的三维地质体模型。结果证明该方法能够有效地模拟层状的地质结构构模。     

土地整治规划设计三维建模方法的比较

当前土地整治规划设计停留在二维基础上,缺乏立体、多角度、全方位的展示,存在主观性强、工作效率低、公众参与度弱等缺陷,最终导致规划设计质量不高、实施效果欠佳。而在三维环境下,规划设计可充分利用地理信息系统技术,使大量属性数据在三维场景中直观地反映出来,以辅助规划设计决策。目前,国土资源管理部门组织实施了一些研究项目来针对该领域进行探索,国内学者也应用不同的建模方法对土地整治三维规划设计进行探索。该研究分析了土地整治项目的特点,明确了土地整治项目对三维模型的特殊需求,逐个分析了几种主流建模方法的优缺点,总结出每种方法对于土地整治三维建模的适用性,最后提出了可供选择的方案与建议。     

现代化养猪场三维建模与视景仿真系统的研究

为构建现代化养猪场三维模型和可视化软件系统,本研究利用三维视图设计方法获得猪舍建筑及设施的模型参数,根据参数生成育肥猪舍、妊娠猪舍、产房、母猪舍和空气过滤型公猪舍等三维模型;采用三维可视化、视景仿真、数字动画技术,实现包括养殖区域、环保设施和文化公园等场景的现代化猪场虚拟现实创意图,从而可在互联网平台上再现养猪场环境与设施装备场景,并为猪场生产管理和监测预警物联网系统的设计与实现提供技术支持。