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基于WebGL的列车外形交互式设计关键技术研究
| 论文题名： | 基于WebGL的列车外形交互式设计关键技术研究 |
| 关键词： | 列车设计;外观设计;光照效果;模型设计;交互性 |
| 摘要： | 列车的研制涉及诸多领域，其作为一项科技密集型工业产品，已经成为我国设计制造领域的代表性产业和外交名片。列车的外形设计受到气动性能、国家文化、个人审美等因素影响，其复杂性成为研究工作者的难点问题。目前列车模型的设计基于专业建模软件如UG，CATIA，Solidworks等，存在软件安装繁琐、模型格式不统一、交互性差、设计流程衔接度低、模型表达不直观等缺点，因此研究具有良好交互性的列车外形设计关键技术，提供友好便捷的交互方式不仅可以提高设计效率，其所见即所得的特性也可以节省工业成本。对列车的外形设计研究还可以对其他领域的模型设计提供一定的借鉴意义，具有很高的前瞻性和应用价值。 本文在研究目前常见的列车外形设计方法的基础上，将列车设计分为模型和外观设计两个部分。模型设计是基于Nurbs曲面构造理论完成列车三维模型曲面的重构，并且提供便捷的交互方式对模型曲面进行修改的过程;外观设计是基于纹理映射原理和光照模型分析，完成列车外观设计和光照效果模拟，从而实现列车外形设计的基本过程。为此本文的主要工作包括:(1)基于传统点云曲面重构方法和Nurbs曲面构造理论，运用“点-线-面”的思想提出了一种列车模型曲面重构方法。首先设计一套对列车散乱点云数据点的预处理方法，其中提出基于滑动窗口的过滤算法进行数据精简;其次利用Nurbs插值原理，使用累积弦长参数法确定节点矢量，并结合精简数据联列方程组求解控制点;最后通过统一曲线簇的型值点避免升阶和节点细化，设计生成脊线并改进放样曲面法实现列车模型的曲面重构。(2)探讨重构模型的设计方式，在推导Nurbs理论中的控制节点和权因子对于放样曲面影响关系的基础上，结合列车曲面形变约束条件，提出合理的列车模型曲面修改方案。(3)在理解WebGL纹理映射、Phong材质和混合光照模型的基础上，实现列车外形的涂装样式设计和渲染，列车部件贴图和列车光照场景模拟。(4)在对上述列车曲面构建技术、列车曲面修改方案、涂装设计、部件贴图和光照效果模拟等关键技术研究的基础上，依托互联网技术，设计和实现了一个基于WebGL的列车外形交互式设计原型系统，主要功能包括列车的曲面重构、模型编辑和场景交互、涂装设计、部件贴图和光照效果模拟。通过系统设计和实现，证明系统具有良好的交互性，实时流畅性及场景真实感，也验证了理论算法的可行性。 |
| 作者： | 宣浙华 |
| 专业： | 软件工程 |
| 导师： | 黄文培 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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