基于WebGL的列車外形交互式設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、列車的研制涉及諸多領(lǐng)域，其作為一項(xiàng)科技密集型工業(yè)產(chǎn)品，已經(jīng)成為我國(guó)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的代表性產(chǎn)業(yè)和外交名片。列車的外形設(shè)計(jì)受到氣動(dòng)性能、國(guó)家文化、個(gè)人審美等因素影響，其復(fù)雜性成為研究工作者的難點(diǎn)問(wèn)題。目前列車模型的設(shè)計(jì)基于專業(yè)建模軟件如UG，CATIA，Solidworks等，存在軟件安裝繁瑣、模型格式不統(tǒng)一、交互性差、設(shè)計(jì)流程銜接度低、模型表達(dá)不直觀等缺點(diǎn)，因此研究具有良好交互性的列車外形設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，提供友好便捷的交互方式不僅可以提高設(shè)計(jì)

2、效率，其所見即所得的特性也可以節(jié)省工業(yè)成本。對(duì)列車的外形設(shè)計(jì)研究還可以對(duì)其他領(lǐng)域的模型設(shè)計(jì)提供一定的借鑒意義，具有很高的前瞻性和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文在研究目前常見的列車外形設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，將列車設(shè)計(jì)分為模型和外觀設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。模型設(shè)計(jì)是基于Nurbs曲面構(gòu)造理論完成列車三維模型曲面的重構(gòu)，并且提供便捷的交互方式對(duì)模型曲面進(jìn)行修改的過(guò)程;外觀設(shè)計(jì)是基于紋理映射原理和光照模型分析，完成列車外觀設(shè)計(jì)和光照效果模擬，從而實(shí)現(xiàn)列車外形設(shè)計(jì)

3、的基本過(guò)程。為此本文的主要工作包括:(1)基于傳統(tǒng)點(diǎn)云曲面重構(gòu)方法和Nurbs曲面構(gòu)造理論，運(yùn)用“點(diǎn)-線-面”的思想提出了一種列車模型曲面重構(gòu)方法。首先設(shè)計(jì)一套對(duì)列車散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)處理方法，其中提出基于滑動(dòng)窗口的過(guò)濾算法進(jìn)行數(shù)據(jù)精簡(jiǎn);其次利用Nurbs插值原理，使用累積弦長(zhǎng)參數(shù)法確定節(jié)點(diǎn)矢量，并結(jié)合精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)聯(lián)列方程組求解控制點(diǎn);最后通過(guò)統(tǒng)一曲線簇的型值點(diǎn)避免升階和節(jié)點(diǎn)細(xì)化，設(shè)計(jì)生成脊線并改進(jìn)放樣曲面法實(shí)現(xiàn)列車模型的曲面重構(gòu)。(2)探

4、討重構(gòu)模型的設(shè)計(jì)方式，在推導(dǎo)Nurbs理論中的控制節(jié)點(diǎn)和權(quán)因子對(duì)于放樣曲面影響關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合列車曲面形變約束條件，提出合理的列車模型曲面修改方案。(3)在理解WebGL紋理映射、Phong材質(zhì)和混合光照模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)列車外形的涂裝樣式設(shè)計(jì)和渲染，列車部件貼圖和列車光照?qǐng)鼍澳M。(4)在對(duì)上述列車曲面構(gòu)建技術(shù)、列車曲面修改方案、涂裝設(shè)計(jì)、部件貼圖和光照效果模擬等關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于WebGL的