基于WebGL的列車外形交互式設計關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、列車的研制涉及諸多領(lǐng)域，其作為一項科技密集型工業(yè)產(chǎn)品，已經(jīng)成為我國設計制造領(lǐng)域的代表性產(chǎn)業(yè)和外交名片。列車的外形設計受到氣動性能、國家文化、個人審美等因素影響，其復雜性成為研究工作者的難點問題。目前列車模型的設計基于專業(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、設計流程銜接度低、模型表達不直觀等缺點，因此研究具有良好交互性的列車外形設計關(guān)鍵技術(shù)，提供友好便捷的交互方式不僅可以提高設計

2、效率，其所見即所得的特性也可以節(jié)省工業(yè)成本。對列車的外形設計研究還可以對其他領(lǐng)域的模型設計提供一定的借鑒意義，具有很高的前瞻性和應用價值。
　　本文在研究目前常見的列車外形設計方法的基礎上，將列車設計分為模型和外觀設計兩個部分。模型設計是基于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模型曲面進行修改的過程;外觀設計是基于紋理映射原理和光照模型分析，完成列車外觀設計和光照效果模擬，從而實現(xiàn)列車外形設計

3、的基本過程。為此本文的主要工作包括:(1)基于傳統(tǒng)點云曲面重構(gòu)方法和Nurbs曲面構(gòu)造理論，運用“點-線-面”的思想提出了一種列車模型曲面重構(gòu)方法。首先設計一套對列車散亂點云數(shù)據(jù)點的預處理方法，其中提出基于滑動窗口的過濾算法進行數(shù)據(jù)精簡;其次利用Nurbs插值原理，使用累積弦長參數(shù)法確定節(jié)點矢量，并結(jié)合精簡數(shù)據(jù)聯(lián)列方程組求解控制點;最后通過統(tǒng)一曲線簇的型值點避免升階和節(jié)點細化，設計生成脊線并改進放樣曲面法實現(xiàn)列車模型的曲面重構(gòu)。(2)探

4、討重構(gòu)模型的設計方式，在推導Nurbs理論中的控制節(jié)點和權(quán)因子對于放樣曲面影響關(guān)系的基礎上，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上，實現(xiàn)列車外形的涂裝樣式設計和渲染，列車部件貼圖和列車光照場景模擬。(4)在對上述列車曲面構(gòu)建技術(shù)、列車曲面修改方案、涂裝設計、部件貼圖和光照效果模擬等關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎上，依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設計和實現(xiàn)了一個基于WebGL的