面向普通用戶的三維模型設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、三維模型的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最基本的研究問(wèn)題之一。三維模型設(shè)計(jì)工具在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和影視動(dòng)畫(huà)等多個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用。3D打印技術(shù)的日漸興起激發(fā)了普通用戶對(duì)三維模型設(shè)計(jì)的需求。人們想要設(shè)計(jì)和制造個(gè)性化的物品，卻又缺乏使用專業(yè)三維設(shè)計(jì)軟件所需的技能。因此，為普通用戶開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易用的三維模型設(shè)計(jì)工具成為了近年圖形學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴借用形狀優(yōu)化領(lǐng)域中半歐拉導(dǎo)數(shù)的概念，將優(yōu)化問(wèn)題中的能量函數(shù)聯(lián)系到空腔邊界上

2、的速度場(chǎng)上，通過(guò)迭代地移動(dòng)空腔邊界來(lái)生成滿足功能性設(shè)計(jì)目標(biāo)的最優(yōu)空腔形狀。除了將該算法應(yīng)用在可穩(wěn)定站立和可穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)模型的設(shè)計(jì)問(wèn)題上，我們還提出了一個(gè)設(shè)計(jì)可漂浮模型的新應(yīng)用。⑵使用具有免支撐性質(zhì)的斜六面體結(jié)構(gòu)作為空間體素化的基本單元，并設(shè)計(jì)了體素結(jié)構(gòu)之間的合并算法。通過(guò)推導(dǎo)體素上體積分的參數(shù)化公式，我們?yōu)槟Ｐ偷墓δ苄栽O(shè)計(jì)目標(biāo)構(gòu)造了優(yōu)化函數(shù)，并交替進(jìn)行優(yōu)化求解和體素合并兩個(gè)過(guò)程來(lái)生成最終的空腔形狀。我們用這個(gè)方法設(shè)計(jì)了可穩(wěn)定站立和可穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)

3、的三維模型，并打印了實(shí)物模型對(duì)算法進(jìn)行了驗(yàn)證。⑶將四面體網(wǎng)格劃分為網(wǎng)格域，并以網(wǎng)格域作為形狀編輯和有限元系統(tǒng)更新的基本單元。通過(guò)為剛度矩陣中的元素推導(dǎo)參數(shù)化公式，并以網(wǎng)格域?yàn)閱挝粚?duì)有限元系統(tǒng)進(jìn)行局部更新，我們的系統(tǒng)能夠快速地完成有限元系統(tǒng)和四面體網(wǎng)格之間的同步，實(shí)時(shí)地計(jì)算模型上的應(yīng)力分布情況。系統(tǒng)還包括一個(gè)基于網(wǎng)格域的優(yōu)化算法，能夠自動(dòng)地改變模型的局部形狀來(lái)降低模型上的最大等效應(yīng)力。⑷設(shè)計(jì)了一種新的交互界面，允許用戶通過(guò)勾畫(huà)曲線的方式設(shè)