虚拟吊装训练系统中柔性吊索建模方法研究

在虚拟吊装训练系统中,为了进行柔性吊索的动态实时模拟,提出了一种基于改进弹簧-质点模型的虚拟吊索建模方法。通过定义非线性弹簧,增强了吊索运动过程中的物理真实性。利用物理跟几何相互融合的方式进行建模,并采用将发生碰撞的吊索质点退回到上一时刻位置的方式,来进行虚拟吊索的快速碰撞处理。利用此方法对虚拟吊装系统中的柔性吊索进行建模仿真,不仅能够满足柔性吊索物理与几何的真实性,还能够达到吊装系统的实时性要求。     

基于物理约束的玉米叶片建模方法

植物真实感建模与仿真不仅是现代农业科学与植物学领域面临的难点问题之一,也是计算机应用与虚拟现实技术领域的研究热点.而玉米是我国乃至世界范围内重要粮食作物,玉米叶片建模是现代农业虚拟植物领域中面临的重要问题.本文提出一种基于物理约束的玉米叶片三维建模方法,主要针对玉米叶片褶皱特征,建立基于质点弹簧系统的物理约束模型,并提取特征参数建立一种自适应物理约束机制,生成具有复杂形态的玉米叶片模型,并且通过一系列特征参数调控和特征点约束实现一种交互式玉米叶片建模机制,最后基于偏微分方程曲面建模方法构建真实感玉米叶片三维模型,并集成开发相应软件原型系统.结果表明,本文方法以一种自适应机制有效、高效生成具有一定真实感效果的玉米叶片模型,少量参数控制的建模方式使自动化生成大规模玉米三维群体模型成为可能,为虚拟植物领域建模应用提供可用的技术参考和方法工具.     

简化质点弹簧模型在牙龈变形仿真中的应用

在分析常用建模方法的基础上,采用简化质点弹簧系统的物理建模技术,研究了简化质点弹簧系统的动力学方程及方程组的求解.根据STL文件牙齿模型的特点给出了简化质点弹簧系统的数据结构,并通过渗透深度来控制计算量和准确度.实验表明,该变形模型能实时计算描述动态变形过程,达到了较好的仿真显示效果.     

双向摩擦特性Dahl模型的布料仿真稳定性提升

针对布料仿真中单向摩擦特性所导致的布料运动稳定性弱的问题,提出了双向摩擦特性的Dahl模型处理布料摩擦接触的仿真方法.首先,采用忽略质点弹簧模型中剪切弹簧力的方法对布料进行建模,保证布料模型的稳定性,同时通过设定形变系数的最大值来约束布料的弹性形变,从而达到改善超弹的目的;其次,为进一步增强风场中布料运动的稳定性,在D...     

虚拟手术几何建模的研究

虚拟手术是计算机和医学领域的研究热点要想建立一个真实的虚拟手术环境，几何建模起到了十分重要的作用本文通过对3DSMAX建模方法的总结，给出了建立人体器官模型的具体过程，在3DSMAX中建立了一个仿真效果良好的人体心脏的三维模型。     

重型牵引车空气悬架参数匹配优化

在分析空气弹簧刚度特性的基础上,获取空气弹簧动特性曲线优化方法,利用ADAMS/Car建立重型牵引车空气悬架以及整车虚拟样机模型,以空气弹簧刚度和减振器阻尼为试验因子,以驾驶员处的加权加速度均方根值函数为目标函数,通过响应曲面法建立目标函数与试验因子之间的关系表达式,获取最优空气弹簧动特性曲线.将优化的空气悬架参数代入到整车模型进行分析,仿真结果表明采用优化后的悬架参数可使驾驶员舒适度得到提高.     

钢板弹簧建模模块Leafspring的研究及其应用

Leafspring是ADAMS中的一个专用模块,应用其可以快速建立钢板弹簧多体动力学模型。为更好应用Leafspring,总结了其主要特点,分析了其建模基本原理,说明了其建模步骤。应用Leafspring,在ADAMS/Car中建立了2片簧钢板弹簧多体动力学模型,通过对模型的必要修改,实现了钢板弹簧垂向刚度特性的仿真测试,通过与实际钢板弹簧刚度特性比较,验证了所建模型的有效性。     

虚拟手术仿真中的四面体切割方法

人体软组织及器官的切割仿真是虚拟手术仿真的重要组成部分，软组织及器官的几何模型普遍采用四面体模型，切割的同时，软组织及器官的拓扑结构发生变化，模型中的部分四面体基元必须能够通过分裂或合并以适应上述变化，并影响虚拟手术仿真过程的计算模型、碰撞检测、可视化等。本文对近年出现的四面体重构的规整法、无缝切割法和最小数据集法进行了分析，并总结了上述方法的优缺点。     

考虑局域接触特征的栓接结合部动力学建模表征与参数辨识

目前关于栓接结合部动力学特性的非线性建模研究忽略了栓接处有效接触区域的影响，所建立的等效模型与结合部实际装配特征存在较明显的偏差.对此，提出一种考虑局域接触特征的栓接结合部动力学建模方法.引入柱状正交非线性虚拟材料模型表征结合面在外载荷作用下表现出的柔性结合特征；通过建立虚拟材料微单元应力应变分析模型，基于最小势能原理和吉村允孝法，理论推导虚拟材料的物理参数计算方程；基于深度神经网络（Deep Neural Network， DNN）建立栓接结合部接触区域的几何参数预测模型，实现栓接结合部不同接触状态与接触特性区域直径的非线性映射，最终建立具有结合部实际装配特征的栓接结合部动力学模型.以自由边界状态下的螺栓组连接钢板试件为实验测试对象，采用上述方法建立有限元仿真模型，将模态仿真与实验测试的结果进行对比，验证了模型的有效性和准确性.与未考虑局域接触特征的虚拟材料建模方法对比表明，该方法建立的模型在均方根误差（Root Mean Square Error， RMSE）综合评价指标上有明显提升.     

基于绝对节点坐标方法的压发装置建模与优化

研究压发装置的精确建模与产品性能优化问题. 基于绝对节点坐标方法的缩减板单元对压发装置电路板进行建模,通过实验确定电路板的材料参数及支撑弹簧与触发装置的非线性刚度特性,采用非线性力–位移关系建立了支撑弹簧与触发装置力学模型,搭建了压发装置结构的精确有限元模型;设计了压发装置加载实验系统,采用实验数据验证了上述有限元模型的正确性. 根据目标触发载荷范围,优化了压发装置中支撑弹簧的刚度及长度参数. 数值模拟直接指导了压发装置参数设计,并已成功应用于型号研制.      

基于AdaBoost.R2和ELM的软测量新方法

针对软测量建模的特点提出了一种基于AdaBoost.R2和ELM的软测量新方法,该方法依据AdaBoost.R2可以提高单一学习机精度和ELM学习速度快的特点,将二者结合起来实现软测量建模.这种结合使得新的软测量方法在提高软测量模型预测精度的同时保证了软测量模型的建模速度.该方法已经应用于抚顺老虎台矿冲击地压预测中,实验结果表明其冲击地压软测量模型具有良好的预测精度.     

Virtual brain surgery simulation system based on haptic interaction

To improve the accuracy and interactivity of soft tissue deformation simulation,a new plate spring model based on physics is proposed.The model is parameterized and thus can be adapted to simulate different organs.Different soft tissues are modeled by changing the width,number of pieces,thickness,and length of a single plate spring.In this paper,the structural design,calculation of soft tissue deformation and real-time feedback operations of our system are also introduced.To evaluate the feasibility of the system and validate the model,an experimental system of haptic interaction,in which users can use virtual hands to pull virtual brain tissues,is built using PHANTOM OMNI devices.Experimental results show that the proposed system is stable,accurate and promising for modeling instantaneous soft tissue deformation.     

基于PSO-ANN逆的发酵过程软测量建模

针对发酵过程中一些关键生化参量难以通过常规仪表实时测量,而制约发酵生产过程优化控制的问题,提出一种基于粒子群神经网络逆(PSO-ANN逆)的发酵软测量建模方法.以青霉素发酵过程为背景,首先建立其虚拟子系统数学模型,并构建发酵过程逆模型;其次,提出PSO-ANN逆的软测量实现方法,以克服解析法逆运算的复杂性甚至难于实现的问题;最终构建PSO-ANN逆软测量模型,并进行试验及仿真.结果表明:该软测量建模方法能够将机理建模与数据驱动建模方法相结合,充分利用对象模型的先验知识和经验数据,有效解决了青霉素发酵过程中不可在线测量的关键参量实时测量难题,其训练和测试误差分别达到0.037 2和0.046 1,模型具有较高的预测精度和较强的预测能力.     

针穿刺软组织实验与穿刺力力学建模

通过针穿刺软组织实验,得出针穿刺软组织过程中穿刺力随位移变化的数据。在分析穿刺力与位移之间关系的基础上,选取非线性弹簧模型和二阶多项式模型对穿刺力进行最小二乘法拟合,得到穿刺力的力学模型。     

面部软组织三维有限元模型的建立

正建立正常人面部软组织三维有限元模型,作为进一步研究的基础,1.通过螺旋CT扫描获得头面部图像数据;2.图像数据导入图像处理软件Mimics10.0进行图像处理,阈值分割,布尔运算得到面部软组织三维几何模型;3.结合面部解剖特征,手动提取1.5mm厚度的皮肤组织,利用灰度及形态学操作提取肌肉组织,分别赋予材料属性,建立了适合生物力学分析的面部软组织有限元模型。结果:本实验应用有限元技术,在计算机上建立了一个能够反映软组织生物力学性能,包含皮肤、肌肉、脂肪的多层有限元模型;结论:本研究为面部软组织有限元模型的建立提供了切实可靠的方法,为进一步分析颌面外科手术术后面部软组织的形变提供了有力的基础。     

基于模糊信息粒化软测量建模方法研究

提出了一种模糊信息粒化方法和支持向量机相结合的软测量建模方法.利用模糊信息粒化方法对样本数据进行特征提取,降低样本的维数;利用提取的特征作为支持向量机的输入进行建模.用该方法建立柴油凝点的软测量模型,结果表明,该模型具有很好的预测精度和泛化性能,是一种有效的数据建模方法.     

基于压力采集和FEM模型的软组织参数测量方法

提出基于压力采集和FEM模型的软组织参数测量方法,搭建基于光学运动跟踪系统和压力采集模块的软组织参数测量平台,对软组织形变过程三维重建,通过带压力传感器的ARM采集板获取压力值,采用BP神经网络对传感器进行精度校正.基于软组织形变集合构建四面体有限元模型计算软组织的初始参数弹性模量与泊松比,并提出一种参数参照模型对初始参数进行修正,通过实验验证参数的准确性.实验结果表明,用所述方法求得的软组织参数计算的软组织形变与真实测量所得软组织形变的平均相对误差为1.03%~1.60%,符合实际工程应用对软组织形变的精度要求.     

基于VRML的虚拟模型构建和网络开发

介绍VRML建模的常规方法，比较现行建模方法的特点，总结基于语义的描述建模方法，详述模型开发过程中的建模、转换、装饰、动画和交互等关键技术，并通过实例展示运动车床的虚拟模型和网络虚拟模型室.     

基于RBF神经网络的丙烯腈收率软测量方法

针对丙烯腈生产在线收率的测量问题,通过研究RBF网络的特点,利用其学习时间短且具有良好的逼近性能,及其在建立软测量模型中的较大优越性,采用RBF网络建立丙烯腈收率在线测量的软测量模型,并运用大量实测数据进行训练和仿真.结果表明,该方法可以实现对丙烯腈收率的在线测量,为实现直接质量控制奠定了基础.