基于自适应射线管分裂的多次反射计算方法

传统弹跳射线（shooting and bouncing rays, SBR）方法采取按均匀射线管的方式进行射线追踪,因此,在计算电大尺寸复杂目标多次反射时,需要处理海量射线,计算效率极低,应用上受到很大限制。提出了一种基于复杂目标不规则三角网（triangle irregular network, TIN）模型的自适应射线管分裂算法（adaptive ray tube splitting algorithm, ARTSA）,利用TIN模型信息动态生成非均匀初始射线管,经过与模型三角面元的求交、多边形裁剪和三角化处理,将初始射线管自适应分裂成多个子射线管,利用口面积分（aperture integral, AI）法计算各子射线管的多次反射场,通过相干叠加获得目标多次反射贡献。与传统SBR方法相比,在相同计算精度下,所提算法能极大地减少射线追踪数量,显著提高计算电大尺寸复杂目标多次反射的效率。     

医学体数据中面向数值分析的等值面重建算法

Marching Cubes是医学体数据可视化的经典算法,但生成的等值面网格存在拓扑二义性和单元质量两方面的缺陷,无法为生物组织物理仿真中的数值分析提供良好的几何模型,为此,提出一种基于数据点编移的改进Marching Cubes算法。算法将数据场分解为点、边、面和体素四类元素;以33种剖分模式为依据,构建二义性检测索引表,通过提出的基于面状态的渐近线判别法,以统一的方式解决面二义性和体二义性问题;分析单个体素中产生退化三角形的原因,提出基于局部判别法的数据点偏移策略,使体素的活跃边与等值面近似垂直,达到提高网格质量的目的。对比实验表明,该方法在有效保证网格拓扑的基础上,显著提高了单元质量,生成的模型不仅适用于体数据可视化,还适用于进一步的数值分析。     

三维人脸模型的约束纹理映射算法研究

约束纹理映射是一种特殊的参数化过程,即在设定约束条件的情况下对模型进行纹理映射.本方法首先通过人工交互在纹理上添加纹理映射约束点,然后根据约束点对纹理及网格模型进行三角剖分,再通过RBF插值求得三角网格内顶点的纹理坐标,并实现三角网格与相对应纹理三角片的纹理映射,最后优化映射结果.实验结果表明本方法切实可行.     

基于B-REP的CAD模型与VR模型接口的实现

复杂CAD模型利用现有数据接口向VR模型转换存在面片数过多,不能满足在虚拟环境下实时性要求.在保证模型精度前提下,为减少面片数目,提出了基于B-Rep表示CAD模型的边界上点数据提取方法;实现平面多连通区域转化为单连通区域算法;利用uv平面搜索得到曲面上点数据及其排列顺序快速实现曲面三角化,改变边界上点的数目可生成多LOD模型,实验验证了算法具有可行性.     

复杂产品三维模型轻量化服务构建技术

提出了一种复杂产品三维模型轻量化服务构建方法。采用一种改进模型数据导出与空间索引生成方法,能够在模型轻量化过程中保留复杂产品模型装配树与标注信息;设计并实现了基于面片密度的自适应面片简化算法,能够在满足误差要求的条件下对几何模型面片进行自适应简化;并通过采用一种具有较高的压缩比和压缩效率的模型数据压缩算法,减小复杂产品模型的存储空间占用。设计并实现一种模型轻量化服务的B/S部署架构,能够借助高性能计算资源,提高多用户并发场景下复杂产品模型轻量化效率。     

一种改进的快速Delaunay三角剖分算法

Delaunay三角剖分算法是构建数字高程模型(DEM)的主要算法。分析了几种已有Delaunay三角剖分算法后,对前沿边推进算法进行了两点改进。一是直接以边为基础向一侧推进,而不是以凸包为基础向内推进;二是利用分块技术来改进搜索方法,使搜索范围限制在搜索边的周围区域,从而极大地提高了Delaunay三角网的推进速度。仿真实验表明,改进后算法效率有了显著提高。     

基于激光扫描数据的室外场景表面重建方法

针对激光扫描特点，提出了一种自适应室外场景表面重建方法。首先，定义无效数据与有效数据，提取主要被测物；接着，通过边缘提取、拐点确定和表面曲率估计进行自适应重采样；然后，识别空洞，区分物体，给出网格剖分方法。实验验证了算法既可去除冗余数据又可突出重要边缘信息，有利于激光扫描数据的存储和传输。     

紧凑的累进网格数据格式及其网络传输

以基于三角形折叠的三角网格简化算法为基础，给出一种支持三维模型数据累进传榆的数据存储格式，并讨论了该格式在网络环境下的数据压缩问题。该方法首先记录网格简化过程中网格局部的连通性（Connectivity）修改信息，并通过对原始网格中的顶点和面片进行重新排序．生成了由基网格和累进记录序列组成的累进网格数据格式；通过对累进数据格式中的连通性信息进行哈夫曼编码，以及顶点数据的区段离散化，实现了网格拓扑信息的无损压缩和可以预测精度的几何信息压缩。结果显示，利用紧缩的累进数据格式，可自由地实现任意三角网格模型连续分辨的变进或变出，并且相关编，解码过程简单、快速，模型数据的压缩比较高。该数据格式及其数据压缩方法可用于三维模型的压缩存储和网络传输。     

基于细分策略的几何图像方法

几何图像是一类规格化的三维几何模型表示方法,借助其图像阵列的几何表示形式,几何图像已成为有效地解决复杂三维几何数据压缩、传输及渲染等问题的重要工具之一.传统几何图像方法在网格参数化步骤中,会对三维模型的部分区域产生较大程度的拉伸,从而导致采样信息不够精细准确,致使重构模型产生误差.提出了一种基于自适应细分策略的几何图像生成方法,通过计算原始网格和重构网格的误差区域,采用基于自适应细分的重采样,以生成具有更高几何精度的几何图像,有效地提高了重构网格的精度.实验结果表明,该方法可以有效提高模型重构主观质量,重构模型PSNR值也有大幅度提高.     

一种基于卫星照片的大地形仿真方法

提出了一种大地形制作方法,该方法采用多边形网格剖分算法由高程数据生成地形轮廓模型,以卫星照片作为贴图生成地形纹理,采用LOD技术提高地形显示速度。给出了卫星照片获取、卫星照片与地形轮廓匹配、贴图精度控制等关键技术的实现算法。结合某导弹飞行仿真项目,制作了某地区一万平方公里区域的大地形场景,仿真效果良好,验证了制作方法的有效性。     

高质量保形三角网格简化算法

网格简化算法在多分辨率模型显示、三角网格模型重构、网络传输等领域应用广泛,但是目前的简化算法简化后的网格,经常会出现极大、极小、狭长的三角片,质量不高。在基于QEM(QuadricErrorMetric)简化方法的基础上,提出了在点对折叠代价中引入折叠点对关联形状因子、法向量的夹角因子、边长的非线性加权因子3种优化因子,并配合虚折叠回退操作,对简化过程中网格质量进行综合优化,并取得了较好的简化结果。     

薄板坯连铸凝固应力分析的有限元算法的研究

研究了薄板坯凝固过程坯壳中的二维热弹塑性蠕变应力模型有限元求解实现的方法。讨论了采用三角形单元的模型有限元求解理论，铸坯凝固前和凝固后使总刚度矩阵非零元素的半带宽最小的节点与单元自动剖分和编号的原则、顺序及方法，探讨了采用变带宽压缩存储技术实现半带宽内元素存储的方法，以及应用直接三角分解法求解平衡线性方程组的方法；给出了用初荷载法将铸坯热应力和高温蠕变应力问题转换为单元节点等效荷载的结果。该模型已成功应用于薄板坯、方坯等连续凝固过程的应力分析中。     

—基于遗传算法的铁路客车地板结构优化设计与仿真

本文提出了基于遗传算法对工程结构进行截面尺寸优化设计和仿真的新方法。利用遗传算法在寻优过程中不要求梯度计算这一优良的特性，将它与结构有限元分析和ＣＡＤ技术有机地结合在一起，实现了在ＣＡＤ环境下对铁路客车一种地板结构截面尺寸设计计算、优化及结果仿真。本文所提出的方法不仅简单易行而且容易推广到更复杂的工程结构截面尺寸优化问题。     

高速杆式弹侵彻有限厚靶板数值模拟

运用AUTODYN动力学仿真软件对高速(1.2～3km/s)杆式弹侵彻有限厚靶进行数值模拟。分别计算了Lagrange算法和SPH算法以及不同计算规模下,杆式弹高速侵彻过程,对比分析了侵彻后效的工程计算结果,并研究了不同着速、着靶角和弹丸头部形状对弹丸侵彻后效的影响。算法分析表明,拉氏算法可以更好模拟侵彻界面变化,SPH则可以更好模拟材料破碎飞溅;Lagrange算法0.75mm网格和SPH算法0.5mm粒度即可满足算例问题的计算精度。并指出对高速杆式弹的侵彻研究和设计需要根据着速等初始状态的不同而综合考虑。     

Finite volume element method with Lagrangian cubic functions

This paper establishes a new finite volume element scheme for Poisson equation on triangular meshes. The trial function space is taken as Lagrangian cubic finite element space on triangular partition, and the test function space is defined as piecewise constant space on dual partition. Under some weak condition about the triangular meshes, the authors prove that the stiffness matrix is uniformly positive definite and convergence rate to be O(h ³) in H ¹-norm. Some numerical experiments confirm the theoretical considerations.     

公路清扫车吸尘系统仿真设计

运用计算流体力学技术对高速公路清扫车吸尘系统的流场进行了仿真分析与结构改进。仿真采用有限体积法FVM,利用非结构化网格对吸盘模型进行网格划分,采用k-湍流双方程模型模拟湍流流动。经过分析不同设计方案对吸尘效率的影响,最后得到一个改进的设计方案,大大提高了靠近地面的气流速度,改进了流场分布,提高了吸尘效率,且不会出现气流外泄造成的二次污染,达到了设计要求,为开发具有自主知识产权高效率的公路清扫车做出了重要贡献。     

基于改进PSO算法的连铸二冷过程优化仿真

连铸小方坯二冷过程优化是在实现二维传热建模和数值求解的基础完成的。冶金准则的多目标性,模型数值离散化大的计算量以及凝固相变存在引起模型求解的非线性,导致传统优化方法搜索效率低下。采用粒子群算法优化连铸二冷过程。为加强局部搜索能力,引入混沌序列对陷入局部极小点的惰性粒子重新初始化,在迭代中产生局部最优解的邻域点,帮助惰性粒子逃离束缚并且快速搜寻到最优解。仿真结果表明,改进的PSO算法有更好的搜索效率,取得了较好的效果。     

矿井通风网络最小独立路集不交化可靠度的计算

运用可靠性工程理论及不交型积之和定律 ,在大型网络系统可靠度计算的基础上 ,提出了矿井通风网络系统最大线性无关最小独立路集予以真子集涤除的不交化可靠度计算的实现方法 .根据不交化可靠度计算法 ,当最小独立路集按所含网络分支的多少进行升序排列时 ,还可进一步减少中间过程的计算量 ,从而达到最佳不交化简化计算的效果 .实例分析表明 :采用升序排列的最小独立路集并按不交型积之和定理予以真子集涤除的不交化处理后 ,不仅计算值等同于一般网络分析中用全概率公式计算的矿井通风网络系统可靠度 ,而且 ,计算工作量大为简化 .     

基于仿真计算的摆式犁犁铧机构设计研究

1LB-240型水平摆式犁是一种新型结构的换向犁.经过一段时间田间实验后,发现该犁犁铧的犁尖部位磨损较快,严重影响了整个摆式犁的工作效率.根据该犁的田间工作特点,首先在传统犁耕阻力计算公式的基础上,建立其动力学方程,然后分析其受力特征,最后对其进行有限元分析.将计算结果与该犁铧田间实验结果进行了比较,从而证明了本方法的有效性,为犁铧的优化设计提供了一定的依据.