基于光线投射的体绘制系统VIZARD II

体可视化是一个从不同的科学角度去查看和分析大量数据的重要工具,它在许多领域有广泛的应用,例如生物医学、地球物理学、计算动态流体学、有限元建模、计算化学等。大数据集的实时可视化对现代工作站有很高的计算要求,特别是在内存系统,而要求的内存带宽在大多数的现在工作站和个人计算机上是不能达到的。如果要达到所要求的带宽,数据集必须被划分到多个内存模块中,而且必须使用并行处理的方式。这篇文章介绍的体绘制系统正是采用并行和流水线技术来实现光线投射,使实时体可视化在费用,性能方面都进行了优化。     

三维规则数据场交互式可视化系统的研究与实现

三维数据场可视化是目前的一个研究热点问题,是一个多学科交叉的研究领域,其应用非常广泛。本文设计实现了三维数据场交互式可视化系统。该系统中,根据科学计算得到的体数据利用OpenGL绘制出了真实感图形。在体数据可视化的基础上,该系统实现了三维模型的交互式操作,实时生成体数据切片和体数据的等值面并显示。实际应用证明,该系统中所使用的相关技术和算法具有重要的实用价值。     

聚类数据挖掘可视化模型方法与技术

面向通用数据资源,研究聚类数据可视化方法与技术,旨在探索有效的数据处理方法,满足信息领域对高维数据处理的要求。通过对高维数据进行降维处理和可视化映射实现,建立K均值算法的聚类数据挖掘可视化系统模型,实现中间聚簇结果、聚类中心、收敛准则函数值三类要素的可视化。利用加利福利亚大学欧文分校(UCI)数据库中的Iris数据集、Wine数据集、Seeds数据集对可视化系统模型方法进行测试。结果表明,该模型实现了对数据集的有效聚类,能够将中间聚类、聚类中心、收敛准则函数值进行实时有效的可视化表达,达到了预期效果。     

虚拟膝关节镜手术中游离体实时模拟技术研究

针对游离体摘除手术的特点,在分析游离体的生理环境和受力特点的基础上,建立了虚拟游离体的动力学微分方程及其数值求解方法;为在虚拟关节镜手术中更加真实的模拟游离体摘除手术提供了有效方案.通过计算游离体运动状态,建立了仿真系统的控制流程和数值计算算法.在实时模拟的计算过程中,根据游离体的碰撞情况、速度、当前受力的状态,选择中点插值法或欧拉法插值的数值计算方法,保证游离体的运动状态的连续性.最后利用该方法在glut窗口系统下建立了基于数据手套的膝体游离体摘除仿真交互系统,达到了预期的模拟效果.     

空间点集Voronoi图的海量构造算法及可视化技术

设计空间点集Voronoi图的增量式外存算法以及空间点集Voronoi图的任意平面可视化剖分技术,以"点-线-面-体"的空间数据结构为基础,实现在指定空间区域内生成Voronoi图的新方法.提出的算法数据结构清晰合理,数据交互方案简单有效且无内存限制,发展的可视化技术可以对空间点集Voronoi图进行任意的平面剖分,实现了三维Voronoi晶胞集合体内部结构的可视化.     

基于视窗采样的大规模三维电磁环境可视化

目前三维电磁环境可视化大多针对局部地形区域,为了实现大规模场景三维电磁环境的可视化,提出了一种基于视窗采样的体数据组织方式。通过提取视窗所显示的数字地球经纬度范围,确定三维电磁环境的绘制区域,进行等间隔采样并使用Longley-Rice电波传播模型计算得到体数据。采用面绘制的方法对大规模场景三维电磁环境进行可视化。采取基于频域、时域的展示方法对三维电磁环境进行实时动态的展示。实验结果表明,能够较好地展示大规模场景三维电磁环境的整体特征和局部细节,体数据计算速度相比传统方法取得了一定提高。     

Spark平台下KNN-ALS模型推荐算法

考虑Spark大数据平台内存计算框架在迭代计算的优势,提出Spark平台下KNN-ALS模型的推荐算法.针对矩阵分解算法只考虑隐含信息而忽视相似度信息的缺陷,将相似度信息加入评分预测中,并采用适合并行化的交替最小二乘法进行模型最优.在MovieLens数据集上的实验表明:该算法能够提高协同过滤推荐算法在大数据集下的处理效率,且加速比也达到并行处理的线性要求,相比其他方法有较好的精度.     

可视化过程控制实时仿真系统设计与开发

针对复杂工业过程建模与仿真设计的特点和要求,设计并实现了一套面向典型过程控制的集组态、仿真和监控一体化的可视化实时仿真系统.系统结构主要包括前台用户操作、中间数据通信和后台仿真计算3部分,采用面向对象和模块化的设计思想,通过VC++编程,将组态界面和原理界面与Simulink仿真模型整合在一起,实现了工艺流程组态图和原理图的可视化、仿真计算、曲线显示和与外部PLC实时通信等功能,可供控制系统的生产过程模拟、半实物实时仿真、参数设置以及工艺流程学习等过程使用.测试表明,所设计的系统操作简单,界面美观,通用性强,易于二次开发.     

利用数据可视化实现智能非侵入式负荷辨识

针对传统人工智能负荷辨识算法网络参数规模庞大、计算复杂度高、辨识准确率不足的局限性,提出一种多维数据融合可视化方法,融合负荷的电压、原始电流和电压-无功电流轨迹信息,生成尺寸更小、区分度更高的真彩可视化图像,作为人工神经网络的输入数据.实验结果表明:在采用真彩可视化图像后,仅用不到传统算法1%规模的人工神经网络和计算量,就可以在PLAID(即插即用设备标识)数据集上达到96.63%的负荷辨识准确率、在WHITED(全球家庭和工业瞬态能量)数据集上达到99.05%的负荷辨识准确率.     

基于尺度空间的体数据边界不确定性可视化研究

数据可视化的数据预处理过程中会不可避免地导致数据的不确定性.以体数据中边界体元为研究对象,提出了基于多尺度空间的边界体元中多种物质的概率分布计算方法,并采用信息熵度量边界体元的不确定性,然后使用颜色渐变的方式将不确定性信息叠加绘制在表面模型上.实验表明,该方法能快速有效地计算和表示体数据中物质边界的不确定信息.     

基于集总电阻的超宽频带超材料吸波体设计

设计了基于集总电阻的超宽频带微波超材料吸波体,并通过仿真和实验进行了验证.依据等效媒质理论,通过S参数反演法计算了加载集总电阻的超材料吸波体结构等效电磁参数.结果表明:复合结构吸波体超宽频强吸收特性源于良好的阻抗匹配以及电谐振和磁谐振.此外,设计的复合超材料吸波体具有极化不敏感和宽角度吸收特性.最后,通过实验测试得到的复合超材料吸波体吸收率大于85%的相对带宽达到130.2%.设计的超宽频带吸波体将在电磁能量捕获和隐身领域具有广阔的应用前景.     

基于MFC与OpenGL的可视化机械仿真设计系统

通用可视化机械设计系统对硬件要求高,其仿真运动模拟一般不响应定量数据输入.为此,本文研究了一种对硬件要求低且运动仿真模拟能实时响应定量数据输入的机械设计系统.该系统基于微软基础类库(MFC)与开放图形库(OpenGL)以及科学计算软件而开发.开发实例表明:相较于大型CAD软件,该系统具有更为快速的绘制功能,对于不同精度条件下的零件数据都能够计算并予以可视化显示.该设计系统能够实现机械零件的快速设计和开发.同时给出了对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构可视化系统开发实例.     

支持通信数据查询分析的分布式计算系统

本文详细介绍一种基于分布式内存的通信数据管理平台,可以有效支持针对通信数据的实时处理以及在线查询分析任务.首先,通过对分布式技术、内存技术进行分析,依据通信业务的特点进行技术选型;然后,基于高性能的分布式内存计算环境,设计、实现针对通信数据的实时处理与在线查询分析平台;最后,利用内存技术对平台实现方案进行技术优化.实验结果表明,基于内存的分布式计算系统在查询响应速度、实时数据处理效率、系统资源利用率以及数据吞吐量上较基于硬盘的系统较大的性能提升.     

内存集群计算:交互式数据分析

本文围绕大数据分类中决策数据的管理和分析进行展开.重点分析了大数据时代关于商务智能(Business Intelligence,BI)技术新的应用需求;讨论了计算机硬件和体系结构的发展为决策数据管理和分析带来的挑战和机遇;通过对新兴典型应用的分析和相关技术和系统特点的总结,说明了基于内存计算的高性能数据管理和分析技术是当前亟待解决的问题,具有广阔的应用前景.在全内存式(in-memory)数据管理环境下,网络通讯将成为整个系统的主要瓶颈.结合内存的特点(数据易失性、内存墙瓶颈),设计针对高性能服务器的无共享分布式内存系统拓扑结构;研究面向异构、多层次缓存和内存结构的分布式数据布局与索引策略,跨核、跨处理器、跨服务器的多粒度并行处理框架,缓存感知、内存感知的分布式数据一致性维护等关键技术,轻量级面向按列存储的数据压缩机制及压缩感知的数据处理机制,将是基于内存计算的高性能数据管理与分析技术的重点研究内容,并将最终实现实时交互式分析处理.     

表面矢量编码的查找表算法

针对体绘制计算中严重影响绘制速度的光照效果处理运算,提出了利用表面矢量编码为索引,构造光照效果计算查找表的规划方法.算法编码简单,数据运算中内存的开销小,运算速度快,实际应用效果良好.     

基于MATLAB_GUI的控制系统动态性能分析

文章介绍了在MATLAB平台下开发图形用户界面(GUI)的原则和方法,利用MAT-LAB强大的数值计算能力和数据可视化能力,以<自动控制原理>课程中的系统动态性能分析为例进行图形用户界面的设计开发,演示了其常用控件的应用方法.将图形用户界面应用于系统动态性能分析,利用M文件的函数调用达到数据的输入和输出,实现了数据文件的读取和处理,完成了系统阶跃响应曲线的绘制和动态性能指标的可视化输出.该界面人机交互性好,能对相关知识点进行实时、动态可视化仿真分析,在教学、实验、工程中具有较强的应用价值.     

一种基于体绘制的交互式实时虚拟内窥镜算法

为了实现一种更好的虚拟内窥镜算法，在分析虚拟内窥镜和体数据可视化方法的特点的基础上，提出了一种基于透视投影体绘制的交互式实时虚拟内窥镜算法。该算法运用了动态数据精简技术，提出了视点3D漫游路径的快速自动生成方法和交互式内窥显示方法，能方便医生实时观察与诊断。并对传统面绘制中的光照计算加以修改，应用于内窥体绘制过程，以生成3D效果逼真的虚拟内窥镜图像。在微机平台上实现的基于体绘制的虚拟内窥镜系统，验证了该算法的实时性和所生成图像的质量。     

基于DDR内存总线的高速网络接入技术

在机群系统中,机群的互连网络性能对整个机群系统的性能有着至关重要的影响.机群系统要求互连网络具有高带宽、低延迟、高可靠等特性,传统的互连网络接入方法基本上基于PCI接口.本文提出了基于DDR DIMM内存总线的接入思想,采用可编程逻辑器件FPGA实现网络接口设计,通过直接读写内存方式提高并行接入带宽,并将部分通讯协议下载到网卡上以提高计算和通讯的速度.实测表明,在不包括上层协议的情况下,接口卡的数据接入带宽可达3120 Mbps,给出了基于FPGA的实现方法,并用Xilinx Virtex-Ⅱ Pro-20 FPGA进行了仿真和验证.     

面向嵌入式应用的深度神经网络模型压缩技术综述

结合大数据的获取,深度神经网络关键技术广泛应用于图像分类、物体检测、语音识别和自然语言处理等领域.随着深度神经网络模型性能不断提升,模型体积和计算需求提高,以致其依赖高功耗的计算平台.为解决在实时嵌入式系统中的存储资源和内存访问带宽的限制,以及计算资源相对不足的问题,开展嵌入式应用的深度神经网络模型压缩技术研究,以便缩减模型体积和对存储空间的需求,优化模型计算过程.对模型压缩技术进行分类概述,包括模型裁剪、精细化模型设计、模型张量分解和近似计算和模型量化等,并对发展状况进行总结.为深度神经网络模型压缩技术的研究提供参考.     

关于三维地震可视化的分析

在地质开采、石油勘探、地形模拟等领域,可视化技术有着十分重要的意义.应用三维地震数据可视化技术,可以对原始地震测井数据做出正确解释,从而得到石油资源是否存在、位置和储量等重要信息.可视化过程主要分为:数据预处理、映射、绘制、显示四步.数据预处理主要对原始数据进行规则化处理,使其满足可视化数据要求;映射是将处理过的数据映射成几何数据,即进行几何构造建模;绘制的过程将几何数据变换成图像数据;显示过程即将图像数据显示出来.可视化绘制算法可以分为面绘制(Surface Rendering)和体绘制(Volume Rendering)两大类,体绘制技术是一个重要的研究方向,具有较大的研究价值和应用前景,体绘制的传统算法是光线投射法,本文结合地震数据的特点.对该算法进行改进,然后对改进算法的性能进行了评价,得出减少重新采样的计算量是提高体绘制算法效率的有效方法.