计算机辅助设计与图形学学报杂志

计算机辅助设计与图形学学报杂志2019年第5期

• 基于点的全局光照绘制方法综述

  徐翔, 王璐, 徐延宁, 杨承磊, 孟祥旭

  全局光照的计算是真实感绘制的重要部分,基于点的全局光照算法(PBGI)是一种高效的全局光照计算方法,虽然该方法绘制质量有偏,但以其快速高效、无噪声而被广泛地应用于影视动漫行业.文中总结了PBGI相关工作,并将其分为更复杂的绘制效果、基于点的绘制优化、基于众核的加速优化和PBGI存储优化4类方法进行对比分析;进一步地,从绘制速度、绘制质量、算法并行度、绘制场景规模和算法实验难度5个方面对上述4类PBGI方法进行对比分析;最后指出该方法目前面临的问题和挑战,为后期的研究提供思路.

• 全局优化的保约束三维人造模型编辑方法

  张琮毅, 曹成坤, 王少荣, 汪国平

  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.

• 等几何分析中的复杂物理区域投影算子及误差分析

  胡丹丹, 王旭辉, 吴梦

  针对等几何分析中复杂物理区域上的偏微分方程求解问题,提出了多片参数域上双三次样条投影映射的方法.首先基于多片参数化,构造了复杂物理域上的一个投影映射;其次对于物理域上的光滑函数,讨论了该投影映射的逼近误差,理论分析表明该投影映射可达到最优逼近阶;最后基于投影映射的思想,给出了一类适用于基于等几何分析在复杂物理区域上二阶椭圆方程求解的样条空间.数值算例的结果表明,该方法求解的逼近误差阶可达到最优.

• 玉米叶片物理建模与参数确定的运动学分析方法

  肖伯祥, 秦洪

  基于物理的方法是解决植物动态建模与仿真的有效途径,而模型参数的确定是基于物理方法所面临的重要问题.为实现基于生物物理属性特征的玉米叶片高精度、高真实感动态建模与仿真,提出一种基于运动学分析的玉米叶片物理建模与参数确定方法.首先利用运动捕捉技术获取玉米叶片的运动数据;然后根据运动捕捉特征点构建基于质点-弹簧系统的物理模型;最后基于运动学分析建立物理模型参数解析方程组,利用最小二乘法计算物理模型的参数.以此参数构建物理模型实现玉米叶片的动态模拟,并给出2种模型构造方式的玉米叶片虚拟仿真.结果表明,该方法以一种数据驱动的机制有效估算出对应的物理模型参数,生成的玉米叶片动态虚拟仿真过程具有与实际情况较为接近的真实感效果,为虚拟植物建模与应用提供了一种可行的物理建模及参数确定方法.

• 使用GPU渲染的离散最优传输算法

  周宇明, 苏科华

  针对离散最优传输算法复杂实现难度大的问题,将最优传输转换成多个三维平面的渲染问题,提出一种利用GPU渲染管线以绘制四边形的方式求解的简单算法.首先根据最优传输的原像计算得到一系列三维空间中的平面;然后使用正交相机对这些平面进行渲染得到其垂直投影,并根据投影中每个胞腔的面积可以得到当前测度;接着使用梯度下降法调整平面的位置,使得当前测度等于目标测度,得到最优传输的结果;最后基于该算法构建了拓扑圆盘网格的保面积参数化算法.使用Maxplanck, Alexraw, Lion, Totoro和Buddaha模型进行实验,与使用数值法进行比较,该算法的迭代速度提升了8倍;与其他类似的算法进行对比,使用面积之比取对数作为评判指标,结果表明该算法的保面积效果更好.

• 以多条离散曲线为测地线构造离散曲面

  寿华好, 吴晓婧, 杨霖

  为了解决CAD中逆向主动设计问题,提出以任意多条空间离散曲线为测地线构造离散曲面的算法.首先通过密切圆思想离散化曲线相关几何变量;其次利用局部插值思想和测地线蕴涵特征,推导出满足约束条件的离散曲面公式;最后给出以B样条为度量函数的离散曲面构造公式.逆向主动设计实例表明,该算法是可行的并有较强的交互性,可以通过调整B样条度量函数的节点向量或控制顶点来调节曲面形状,设计出满足各种不同需求的曲面,在服装、鞋帽、义齿设计等领域有很好的应用前景.

• 鲁棒的多层次平面参数化

  常敬腾, 傅孝明, 胡鑫, 成霄翔

  为了提高平面参数化的鲁棒性,提出一种基于多层次结构的平面参数化算法,主要包含简化和细分加点2步.对于一个拓扑同胚于圆盘的三角形网格,首先对网格进行简化并存储所简化点的拓扑信息;然后将简化后的网格映射到圆盘上;再根据所存储的拓扑信息分批次加点直至恢复出三角网格的全部顶点,并在此过程中不断地优化网格,防止三角形翻转同时使网格顶点均匀分布;最后对恢复出全部顶点的圆盘网格进行优化,得到最终的参数化网格.实验结果表明,与当前的算法相比,该算法的鲁棒性有很大的提升.

• 概率加权测地距离的脑部MR图像超像素分割

  赵赟晶, 周元峰, 魏广顺, 辛士庆, 高珊珊

  超像素是一种重要的图像过分割,因为医学图像具有边界模糊、不同组织的灰度范围互相重叠的特点,为超像素分割带来极大困难.针对脑部MR图像超像素生成问题,从脑部MR图像的特点出发,充分利用脑部MR图像表达先验知识,结合脑部MR图像的一般结构,定义每个像素属于脑组织中一个类别的概率,并基于分类概率提出一种有效的边界梯度计算方法;在此基础上,提出一种概率密度加权的测地距离脑部MR图像超像素分割算法;最后应用模糊C均值聚类算法作为后续分割处理,获得脑部MR图像的组织分类.与现有算法在分割性能上进行定量比较的实验结果表明,文中算法能够产生更准确的分割边界.

• 基于凸包改进的流行排序显著性检测

  林晓, 刘祖祥, 郑晓妹, 黄继风, 马利庄

  针对传统的基于图的流行排序显著性检测算法仅仅依赖边界背景先验显著图来提取前景种子,影响最后的排序结果,使得显著性检测结果较差的问题,提出结合凸包提取更精确的前景种子进行流行排序的算法.首先提取图像边界结点作为背景种子进行流行排序得到背景估计显著图,并将该显著图二值化得到粗略的前景区域;然后通过颜色增强的Harris角点检测算法获得图像角点,并用其构造粗略包含显著目标的凸包;最后将凸包和前景区域相结合提取更精确的前景种子进行流行排序得到最后的显著图.在3个公开的图像数据集上,与其他经典算法相比,该算法在PR曲线、MAE值和F-measure上均获得了提升.

• 比特串划分多索引的近邻搜索算法

  苗建辉, 栗志扬, 周泽艳, 杨传福, 刘朝斌, 刘卫江

  哈希表示的比特串是解决海量数据相似性搜索问题最有效的方法之一.针对比特串索引方式导致搜索效果低下的问题,提出一种基于比特串划分多索引的近邻搜索算法.首先由于比特串划分本质是一个组合优化问题,采用贪婪的思想给出该问题的近似解;其次在近邻查询阶段,结合多索引结构提出新的查询扩展和融合机制;最后通过采用一种查询自适应的办法优化多索引之间的不平衡性.在MNIST, CIFAR-10, SIFT-1M和GIST-1M数据集上使用Matlab软件进行实验的结果表明,该算法在基于哈希表示的索引结构以及在近邻搜索方面具有有效性和通用性.

• 款式特征描述符的服装图像细粒度分类方法

  吴苗苗, 刘骊, 付晓东, 刘利军, 黄青松

  针对服装图像大多基于简单款式的粗粒度分类导致分类准确率较低的问题,以款式多样的时尚女装为例,提出一种款式特征描述符的服装图像细粒度分类方法.首先结合时尚女装训练集对输入的待分类时尚女装图像进行部件检测;然后分别提取部件检测后时尚女装图像以及训练图像的HOG, LBP,颜色直方图和边缘算子4种底层特征,得到特征提取后的图像;再将自定义的款式特征描述符与提取到的4种底层特征进行匹配,采用随机森林和多类SVM对时尚女装款式和属性进行监督学习;最后实现时尚女装图像的细粒度分类并输出结果.实验结果表明,该方法能准确地检测并分类出不同服装,提高了服装分类的精度和准确率,能较好地满足实际应用中的需求.

• 融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法

  李宗民, 付红姣, 刘玉杰, 李华

  针对现实场景中跟踪算法因背景杂乱、遮挡、尺度变化、目标形变等情况易导致跟踪失败的问题,提出融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法.首先对图像或图像区域分别提取深度特征和Color Name特征,经过核相关滤波器学习得到不同的模板;然后采用核相关滤波跟踪算法获得2个特征下的响应集合,并对所得到的集合进行加权融合得到最终的目标位置;最后使用贝叶斯统计通过最大化后验的方式估计最佳目标尺度,同时更新核相关滤波器参数,以实现自适应尺度的目标跟踪.在OTB2013和OTB2015这2个基准数据库上进行实验,并与当前6种优秀的算法进行比较,结果表明该算法性能最优,在2个数据集上的成功率OP(AUE)较KCF算法分别提升10.7%和12.4%.

• 多模型集成的弱监督语义分割算法

  熊昌镇, 智慧

  为减小池化操作造成空间信息丢失的影响,提高基于迁移学习的弱监督语义分割算法的性能,提出一种多模型集成的弱监督图像语义分割算法.该算法在迁移学习算法的基础上,利用多尺度图像的高层语义特征和单尺度图像的高中层相结合的卷积特征,分别训练2个差异化的同质型基分割模型,并与原迁移学习训练的分割模型进行加权平均,集成构造最后的分割模型.同时结合预测类别可信度调整语义分割中对应类别像素的可信度,抑制分割图中的假正例区域,提高分割的精度.在VOC2012数据集上进行实验的结果表明,验证集上的平均重叠率为55.3%,测试集上的平均重叠率为56.9%,比原迁移学习算法分别提升6.1%和11.1%,也优于其他以类标为弱监督信息的语义分割算法.

• 重彩画的风格转移算法

  陈怡真, 普园媛, 徐丹, 杨文武, 钱文华, 王志伟, 阿曼

  如何在实现人物风格转移的同时保持人物形体结构的协调性和脸部辨识的一致性,是目前人物画风格转移较难解决的问题.为此,将云南重彩画作为风格转移目标,把输入照片转移成目标风格,提出人物绘画作品和纹理精细绘画作品的风格转移算法.针对重彩画人物肢体修长的特点提出人体图像重塑,对照片人物进行变形;为保留人物形体结构和重彩画精细纹理,提出按语义的风格转移和图像类比相结合的解决方案,增加结构保持正则项;针对重彩画线条分明灵动的特点,提出对风格转移图进行线条感增强,结合L_0梯度最小化平滑图像、各向异性的DoG(difference-of-Gaussians)滤波器和线条图缺口检测以及补全算法提取出光滑连贯的线条.运用该算法对重彩画风格进行转移,转移结果表现出重彩画人物肢体修长的美感、精细的纹理特征和线条分明灵动的特点.

• 利用图像结构成分的优先块匹配图像修复方法

  强振平, 何丽波, 陈旭, 徐丹

  针对基于样本块图像修复方法中样本块优先级计算易受纹理信息影响,引起修复顺序偏差,进而造成最终修复结果中结构特征不连续的问题,将图像结构成分引入修复过程,提出一种基于图像结构成分计算样本块优先级的图像修复方法.首先通过自适应局部拉普拉斯滤波器对待修复图像进行保边细节平滑处理,得到图像结构成分;然后利用结构成分和原图像共同计算样本块数据项,并以此确定样本块修复优先级,实现图像修复.通过增加结构成分引导方法,在基于等照度线和基于结构张量的图像修复算法上对常用修复测试图像进行实验,结果表明,增加结构成分引导的方法相对于原方法可改进修复效果.

• 基于有限状态机的产品设计依赖动态建模及更新方法

  樊红日, 刘玉生, 钱波, 杨雷, 杨帼华

  针对产品设计依赖模型仅表达静态依赖关系,模型结构难以实现自动更新这一问题,首先提出基于有限状态机的设计依赖建模方法,通过对依赖关系适用性和依赖模式进行显式表征,可实现依赖关系的动态表征,支持多层级依赖关系建模;通过对设计参数及依赖关系的特性进行类别划分,定义相应的拓扑层次,实现基于拓扑层次的依赖模型参数更新;并在固有依赖关系基础上定义依赖模式,实现基于依赖模式的依赖模型结构更新.最后以二连杆机器人为实例进行实验的结果表明,该方法能有效地支持多层次动态依赖关系建模,所构建的建模平台成熟,便于工程应用.

• 考虑分区混合权重的敏度过滤方法

  廉睿超, 敬石开, 杨海成, 刘晓晨

  为了得到边界清晰的连续体拓扑优化结构,提出一种考虑分区混合权重的敏度过滤方法,其中采用一种邻域内连续加权的计算方式来抑制灰度单元.首先利用分区参数将中心在敏度过滤半径区域内的单元划分为内外相邻的2个子区域,并通过调节该参数来控制各区域内单元的数量;其次分别采用平均权重和指数函数对内外区域内单元的权重因子进行计算,在强化中心附近单元对目标函数敏度值影响的同时弱化结构边缘区域低密度单元造成的敏度过滤平均效应.将文中方法与固体各向同性惩罚微结构模型优化算法相结合,通过对不同方法求解多个数值算例的优化结果进行对比分析,验证了该方法的可行性与有效性.

• 多装配接口的三维装配模型检索方法

  乔虎, 吴庆云, 杜江, 何俊

  针对三维模型装配时存在的多接口连接方式,提出一种多装配接口的三维装配模型检索方法.首先对三维装配模型进行属性邻接图的表达,并根据装配体零件之间的接口配合关系定义共轭子图;然后针对装配模型构成的图集进行图顶点的序列化,降低顶点匹配过程中的遍历次数;在此基础上,将装配模型的检索转化成查找符合共轭子图的属性邻接图,通过装配模型属性邻接图的图集进行模型检索;最后对频繁子图挖掘方法进行改进,提取出满足多装配接口的三维装配模型.实验结果表明,该方法能够实现多装配接口的三维装配模型检索,可以提取出设计人员所需的三维模型,提高产品的设计效率.

• 基于增强现实的产品质量信息传递方法

  程云, 黄瑞, 蒋俊锋, 陈正鸣, 许涛

  针对当前工作人员通过二维图纸或者三维CAD模型来检测零件时存在的效率低下等问题,提出一种基于增强现实的产品质量信息传递方法.首先以制造特征为基本载体提取三维CAD模型的产品质量信息;然后离线生成待测模型的多视角模板图像集,并建立模板图像与制造特征之间的关联关系;最后根据摄像机获取的制造现场实时图像建立实时图像与模板图像之间的匹配关系,并根据匹配模板图像的关联信息初始化相机姿态,利用此姿态实现产品质量信息在真实制造现场场景中的叠加.实验结果表明,该方法可以有效地实现产品质量信息在制造现场的传递,提高产品的质量检测效率和减轻工作人员的负担.