面向域的快速造型技术研究

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如今,随着计算机图形学技术的广泛应用,使得对三维数字化模型的需求日趋增长。三维数字化造型技术的应用已不再局限于传统的工业设计与制造、影视特效等领域,而昌逐渐渗透到人们的日常生活当中:从家庭娱乐、个人通讯、数字媒体,到日常办公等各个方面,都可以见到它的身影。由此可见,三维造型技术的普及与发展大有可为。然而,通用三维造型技术从操作的简易性、造型的效率、方法的普适性以及对用户领域知识的需求度等几方面考察,还未能真正满足技术普及化的需求。同时,对于分形、L-系统等多种特色造型技术,虽然可以高效地构造目标模型,但是从理论上仍然未能针对特殊领域系统地提出解决方案,在用户领域知识的需求度以及操作的简易性上仍存在诸多局限。针对这一现象,本文对特定应用领域的造型需求进行分析,引入软件工程中的“域工程”概念,提出了面向域的造型技术框架。区别于传统造型技术是造型工具以及造型资源的重用,面向域的造型技术更进一步,侧重于造型经验知识的重用。本文方法利用领域内的配置知识,包括模型的缺省配置、构造规则、非法组合和约束等信息来辅助设计者造型。这样,不但能够提高造型效率,一定程度上保证模型生成质量,并且降低了用户的专业知识需求。除此之外,文章还就了技术框架中的关键算法和步骤进行了详细的讨论。总体上说本文的贡献如下:●从面向域的问题求解角度,将软件工程中的“域工程”思想引入几何造型,提出了面向域的造型技术框架。●在领域内造型组件的获取方面,提出了一种新的基于散乱点的网格重建方法。利用图像的连续性和适当的二维交互来确保重建网格的拓扑正确性。采用递进式的网格优化过程,通过网格重整技术保证了网格质量,从而可以获得一系列精度下的高质量网格模型。●在面向域的造型描述方面,提出了一种新的建筑造型语法—构造语法,并应用于中国古代建筑的快速造型。用户只需输入几个简单的特征与风格控制参数,系统即可快速地自动生成所需的建筑单体和群落。●在造型控制方面,提出了规则辅助的半自动造型方式,该方法将领域内的配置知识通过辅助规则的形式加以描述。在造型的过程中,通过配制知识的约束,用户的交互量被极小化,从而提高了造型的效率。总之,本文所提出的面向域的造型技术框架实际上是一个开放性的系统结构。它的核心就在于利用领域内的配置知识来辅助用户造型。对于领域知识的描述、造型组件,以及造型的控制方法在本文中提出了一些可行的解决方案,但并不局限于此。许多现有的相关技术都可以被整合于这一框架之下。本文的研究成果可被应用于面向普通用户、面向特定领域的三维造型系统的开发。支持工业造型设计、数字娱乐等应用,通过预定义的领域内知识的辅助,所开发的系统可帮助用户更加高效和方便地构造出所需三维模型。
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