多胞形样条的理论及其应用研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61872308
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0209.计算机图形学与虚拟现实
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Polytope splines are piecewise defined over polygonal tessellations or polyhedral tessellations. They have received much attention in the fields of computer graphics and finite element analysis, due to their inherently excellent properties. Driven by different applications, various kinds of polytope splines have been proposed. However, all of them have their own limitations, including low approximation orders, low continuity orders across tessellation edges and restrictions on tessellations. Besides, efficient polygonal/polyhedral mesh generation methods for producing high-quality tessellations are lacking. To maximize the potential of polytope splines, we are inspired to develop a novel construction method of polytope splines which guarantees high approximation orders and continuity orders and is applicable to general polygonal/polyhedral tessellations, and tailor efficient methods for generating high-quality polygonal/polyhedral tessellations. In this project, we will focus on developing a simple and easy-to-use method for constructing new polytope splines that inherit the excellent properties of existing polytope splines while overcoming their drawbacks. Furthermore, we will investigate the theory of the proposed polytope splines and develop efficient evaluation algorithms and high-quality polygonal/polyhedral mesh generation methods. The theoretical and algorithmic results will be applied to the applications in traditional and emerging research fields, such as computer graphics, computer aided geometric design, finite element analysis, etc. In particular, we will apply our results to geometric modeling, data approximation and interpolation, image/video warping, solving equations and so on.
多胞形样条指的是在多边形、多面体剖分上定义的样条函数,它固有的许多优良性质备受计算机图形学、有限元分析等领域的青睐。在应用需求的驱动下,各类多胞形样条应运而生,但它们还存在两方面的缺陷:一是样条函数逼近精度低、跨越剖分边界连续性低、对剖分适应性差;二是缺乏为多胞形样条设计的高质、高效的多边形、多面体剖分生成方法。给出在一般多边形、多面体剖分上定义的具有高逼近阶和连续阶的多胞形样条的构造方法,同时给出相应的剖分生成方法,将有望打破多胞形样条的应用瓶颈,使其优良性质被最大限度地利用。本项目主要研究多胞形样条简单易用的构造方法,使其在继承现有多胞形样条优良性质的同时能克服其不足,同时研究其理论性质并提供配套的高效计算方法及剖分生成方法。研究成果将用于计算机图形学、计算机辅助几何设计、有限元分析、等几何分析等传统或新兴的研究领域,具体应用包括几何造型、插值与逼近、图像视频变形、微分方程求解等方面。

结项摘要

本项目主要研究在一般多边形、多面体剖分上定义的具有高逼近阶和连续阶的多胞形样条的简单易用的构造方法,使其在继承现有多胞形样条优良性质的同时能克服其不足,同时研究其理论性质并提供配套的高效计算方法和剖分生成方法。特别地,针对传统多边形元形函数大多只具有一阶逼近阶或只能在凸多边形上定义的局限性,我们给出了在一般复杂多边形(包括凹多边形)上构造具有二阶逼近阶型函数的方法,研究了其逼近性质并进行了误差估计。根据函数的理论性质,我们制定了多边形单元的生成标准,并给出了系列高质量多边形、多面体网格生成算法。相关研究成果进一步应用于方程求解、图形图像逼近、图形变形,并提供配套的应用算法框架。我们研究并完善了基于高阶多边形剖分的TCB样条的理论性质,针对复杂 CAD 模型一般需大量的张量积曲面拼接,存在数据冗余和非水密,导致后续分析优化存在困难的问题,实现了在单张曲面中同时描述跳跃、C0、C1 等不同连续阶变换的复杂几何构造方法,并初步应用于矢量图的实时交互编辑。本项目也将所研究的多胞形样条引入等几何分析领域,构建了基于多胞形样条的等几何分析框架,首次给出了无需优化的显示高质量参数化计算方法。此外,本项目的理论研究成果还应用于复杂几何处理、图像逼近与变形等计算机图形学、计算机辅助几何设计领域的应用中。通过本项目的研究,有望打破多胞形样条的应用瓶颈,使其固有的许多优良性质被最大限度地利用,为后续的复杂几何模型的建模分析一体化研究提供必要的理论及算法支持。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
TCB-Spline-Based Image Vectorization
基于 TCB 样条的图像矢量化
  • DOI:
    10.1145/3513132
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    ACM Transactions on Graphics
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Haikuan Zhu;Juan Cao;Yanyang Xiao;Zhonggui Chen;Zichun Zhong;Yongjie Jessica Zhang
  • 通讯作者:
    Yongjie Jessica Zhang
TCB-spline-based isogeometric analysis method with high-qualityparameterizations
基于TCB样条的高质量参数化等几何分析方法
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2022.114771
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Zhihao Wang;Juan Cao;Xiaodong Wei;Yongjie Jessica Zhang
  • 通讯作者:
    Yongjie Jessica Zhang
Quadratic Serendipity Element Shape Functions on General Planar Polygons
一般平面多边形上的二次偶然元形函数
  • DOI:
    10.1016/j.cma.2013.04.009
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Juan Cao;Yi Xiao;Yanyang Xiao;Zhonggui Chen;Fei Xue;Xiaodong Wei;Yongjie Jessica Zhang
  • 通讯作者:
    Yongjie Jessica Zhang
Image Representation on Curved Optimal Triangulation
曲线最优三角剖分的图像表示
  • DOI:
    10.1111/cgf.14495
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Computer Graphics Forum
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Yanyang Xiao;Juan Cao;Zhonggui Chen
  • 通讯作者:
    Zhonggui Chen
基于最优传输理论的高质量点云重采样方法
  • DOI:
    10.11897/sp.j.1016.2022.00135
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    计算机学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    蔡钦镒;陈中贵;曹娟
  • 通讯作者:
    曹娟

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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几何信息均分的B样条曲线节点设置
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    曾晓明
非均匀B样条曲面的自适应节点设置方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹娟;欧阳永昇;陈中贵;曾晓明
  • 通讯作者:
    曾晓明
特征保持的马赛克图像生成方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈中贵;欧阳永昇;曹娟
  • 通讯作者:
    曹娟
2016年冈底斯山冰川矢量数据集
  • DOI:
    10.11922/csdata.2019.0020.zh
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    2020
  • 期刊:
    中国科学数据
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘娟;姚晓军;曹娟;张大弘;段红玉
  • 通讯作者:
    段红玉

其他文献

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面向CAD/CAE一体化的复杂几何可微形状优化方法研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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