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摘要
车身外造型是用户对该汽车的第一直观印象,不同品牌和车型的车身外造型传递给了用户不同的情感体验。为了吸引不同目标群体,汽车在满足实用性外,还要兼备美观性、独特性。传统的新车型开发往往是极为费时的,现今数字化与快速化设计在设计初期应用能够大大缩短新车的研发周期,提高汽车厂商的竞争优势。本文针对汽车外造型数字化与参数化关键问题进行研究,以快速自动化的车身造型设计为研究目的,实现了快速车身参数化模型的全自动高精度提取,并利用大量的实例验证了算法的有效性与鲁棒性。在参数化模型自动提取的基础上,实现了基于数据重用的快速化车身草图渲染与车身改型,以及基于车身美学线条语义的数学化表示的车身美学改型设计。本文主要工作为:（1）针对二维车身侧视图参数化模型的自动提取问题,本文（第二章）利用单一参数化模板与图像特征相匹配的思想,结合动态规划算法,提出了全自动的侧视图参数化模型提取方法。相比于传统的手工或半自动方法所耗费的数小时时间,本文提供的方法能够在几分钟内对输入图像快速提取输出高精度的CAD参数化模型,节省了大量时间,利于专业人士及非专业人士的设计需求,完成车身图像的模型理解以及草图的设计意图理解。通过对二百多款不同车型提取出与模板对应的高精度的特征线框模型,验证了算法的有效性与鲁棒性。并在提取过程中结合侧视图参数化模型的主要尺寸度量,实现不同车型的自动分类。（2）针对二维车身前视图参数化模型提取问题,本文（第三章）提出了前视图参数化模型的快速高精度自动重建方法。该方法利用语义图像分割的结果,结合灰度空间以及HSV空间计算车身颜色的差异性,根据前视图参数化模型的参数约束以及车身的结构约束,自动重建车身前视图参数化模型。语义图像分割在保留全局结构的同时一定程度上忽略了细节结构,利用语义分割的结果进行处理重建参数化模型的方法更适合于不同工业产品的应用。在提取过程中,实现了不同结构部件的形状分类与提取。（3）针对车身造型设计中的草图渲染与车身改型问题,本文（第四章）利用二维参数化模型的拓扑对应,提出了车身快速改型设计方法,并进一步应用于草图快速渲染。相比于专业渲染软件需要的数小时时间,本论文提供的方法可在数秒时间实现草图的快速渲染。通过可变形曲线模型的局部或全局约束变形操作,结合曲边模型块变形驱动图像块变形的方法,实现车身图像的改型操作,同时可以输出变形图像和对应的CAS参数曲线格式数据。借助泊松编辑的方法,用户还可以对不同部件进行交互变形或替换操作。另外采用改进的不规则的网格变形方法,通过求解一个大型的规则的稀疏矩阵得到整幅车身图像的全局变形效果,适用于曲线驱动的工业产品造型设计。（4）针对车身造型的美学改型设计问题,本文（第五章）提出了快速的车身图像美学改型设计方法。该方法基于车身线条美学语言的数学化表示实现了参数化模型的语义变形设计,结合曲线参数化模型驱动的图像变形,进一步实现了车身图像的快速美学改型设计。根据车身语义属性所关联的美学意义上重要特征线的不同风格属性,将设计师的美学设计理念转化为对参数化模型的数学化操作,通过美学意义上重要特征曲线不同风格属性的集成对参数化模型进行语义的操作。用户能够通过调整美学属性的改变程度实时地对车身美学造型风格进行改型设计。
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