虚拟手术中缝合仿真的初步研究

初步实现了一个虚拟缝合仿真系统,可以模拟针穿刺柔性体并牵引所附缝合线穿过柔性体的过程。用户通过Phantom Desktop力反馈设备控制虚拟针的运动。柔性体在针和缝合线的作用下会发生变形。缝合线使用非均匀可变长刚性杆模型和FTL(Follow the Leader)变形算法。柔性体使用线弹性材料和Tensor-Mass变形算法。针穿刺柔性体时柔性体对针运动的阻力传给力反馈设备,而其反作用力则施加于柔性体之上。缝合线在针的牵引下穿过柔性体形成滑动约束点。缝合线的变形将在滑动约束点产生弹性力作用于柔性体之上,而柔性体的变形则反过来影响滑动约束点的位置。将约束点对应的缝合线顶点编号增加和约束点两侧刚性杆长度调整相结合,实现了缝合线光滑穿过柔性体的效果。最后给出对含有切口形状的柔性体模型进行缝合仿真的实验结果,并讨论未来的改进和发展方向。     

虚拟环境下运动线缆碰撞检测算法研究与实现

在运动线缆模拟中,碰撞检测及响应处理非常复杂,使得仿真的实时性和真实感难以满足要求.首先建立线缆的质点-弹簧-阻尼模型,然后提出分层精确碰撞检测算法来实现线缆与环境对象的碰撞和线缆自身不同部位的碰撞.第一层利用包围球层次结构快速剔除不会发生碰撞的虚拟对象,并大致确定需要进一步检测的范围;第二层采用精确碰撞检测算法检测线缆与环境对象以及线缆自身不同部位的碰撞.对于线缆自碰撞的精确检测,提出了一种基于轴线段最短距离的检测方法,从而无需直接检测基本几何单元的碰撞,进一步提高了效率.根据线缆的物理特性,进行了碰撞响应处理.在Visual C++与OpenGL平台上对所提算法进行了验证,结果表明,该算法具有较好的实时性与精确性,基本满足运动线缆模拟的需求.     

空间碎片碰撞预警可视化仿真系统设计与实现

研究了一种空间碎片碰撞预警的快速算法,该算法综合利用远近距离筛选、地心距筛选,时间筛选和SGP4轨道预报等方法确定危险碎片.在此基础上,设计并实现了可视化的卫星与空间碎片碰撞预警仿真系统.实验表明,该系统对卫星的碰撞预警速度快,卫星与预警碎片可视化展现效果逼真.     

拖轮协助大型舰船靠泊操纵建模及仿真

拖轮协助大型舰船靠泊操纵,包括拖轮接近舰船的操纵运动和拖轮协助舰船在泊位附近的推拉操纵运动,是两个海上浮动物体的可控运动。选用二阶非线性响应方程建立舰船的操纵性方程,给出了拖轮推力计算、缆力计算、船间力和船码头间碰撞力计算方法,并在舰船操纵性自由机动方程中附加了风、流、缆、碰撞力等诸多外力作用,实现了对拖轮贴靠舰船与拖轮协助舰船靠泊过程中诸多外力影响的操纵实时仿真。     

多障碍物场景中的行人运动模型

社会力模型是一类重要的行人运动模型,在行人建模仿真领域得到广泛应用.然而该模型仅能应用于简单空间场景,当空间中有障碍物,行人与目标点不满足通视条件时,行人不能绕过障碍,会出现穿透障碍、轨迹振荡等问题.本文引入规避障碍行为,与社会力模型融合在一起,实现行人在复杂二维空间中的运动.规避障碍行为的核心是确定绕行点,以期望行走路线最短为准则构造了求解绕行点的计算几何方法,并解决复杂空间场景中的多重遮挡问题.建立行人运动逻辑,设计渐进式路径规划算法,实现行人运动.开发了行人仿真系统,对所提出的模型进行验证.仿真结果表明:在多障碍物空间场景中,行人能自然的规避障碍,形成合理的运动轨迹.     

虚拟手术中具备触觉功能的软组织交互技术

研究了虚拟手术中用户通过触觉设备与软组织进行交互操作的技术.所用触觉设备为Phantom Desktop,交互操作包括切割、触摸和抓取.为了克服用户手的颤抖产生的触觉反馈力振荡,切割中的反馈力使用代理的方法计算,反馈力由刀锋阻力和刀面约束力构成.触摸和抓取操作使用作用球的方法,根据作用球的入侵体积来计算作用力和反馈力,并使用力和力矩等效原则将作用力分解成顶点等效力.最后给出了使用虚拟肝脏模型进行交互操作的效果.     

社会力行人仿真模型的分子动力学方法实现

总结了社会力模型的研究现状、存在问题和基本原理. 将分子动力学的Gear预测校正法应用到社会力仿真模型中，并根据柯朗条件确定了行人仿真显式方法的最小时间步长，引入了链接列表元胞（linked-list cell method）加速算法. 最后设计了编程实现框架，采用VC++实现了上述方法，并进行了仿真实验，再现了自动渠化等行人群自组织现象，仿真结果显示减速避让机制的加入可以得到更符合实际的效果，而链接列表元胞法可大幅缩减仿真时间.     

水下超高速航行体双模态控制研究

水下航行体在高速运动时,其全部或大部分表面被空泡包裹.由于水动力和周围环境扰动使航行体尾部与空泡壁相互作用产生滑行力,滑行力的存在使系统具有较强的非线性并导致不稳定的航行状态.针对航行体纵向运动数学模型可以描述为无滑行力的线性模型和存在滑行力的非线性模型,设计了基于状态的切换控制策略并设计了双模态控制器,对于线性模型采用状态反馈控制,对于非线性模型采用基于微分几何的反馈线性化方法.仿真结果表明,基于状态切换的双模态控制器减小了滑行力,对于初始状态扰动具有鲁棒性.     

简易制导迫弹脉冲力控制建模与仿真

介绍了弹体追踪制导律的特点,通过对弹体纵向运动的动力学方程线性化处理,推导出脉冲力控制的弹体传递函数,分析了脉冲力大小对脱靶量的影响.给出探测器捷联体制下的脉冲力控制算法,并对该控制算法进行仿真.分析了脉冲力作用位置对制导精度的影响,提出采用脉冲力提供重力补偿可以提高弹丸命中精度的方法.     

船艇武器射击模拟训练系统的研制

概要介绍了船艇武器射击模拟训练系统功能、结构和软件模块组成,详细讨论了平台运动仿真状态仿真、海况模拟显示以及高射机枪的弹道仿真等关键技术及其实现方法,设计实现了训练模拟系统.该系统能根据训练对象和训练内容需要,设置并提供各种训练环境,可以提高船艇指挥员辨识各种敌对目标和快速反应能力.系统使用表明系统使用的方法简单易行,效果良好.     

THE 8~(th) INTERNATIONAL CONGRESS ON INDUSTRIAL AND APPLIED MATHEMATICS

正August 10-14,2015Beijing,ChinaThe International Congress on Industrial and Applied Mathematics(ICIAM)is the premier international congress in the field of applied mathematics held every four years under the auspices of the International Council for Industrial and Applied Mathematics.From August 10 to 14,2015,mathematicians,scientists     

2014 List of Referees

正~~     

TSINGHUA UNIVERSITY,Beijing, China

正AF:Any Field The School of Economics and Management at Tsinghua University(Tsinghua SEM)invites applications for faculty positions at all levels(Assistant Professor,Associate Professor and Full Professor)in any fields of business administration and management.Tsinghua SEM is the only school     

《Journal of Systems Science and Systems Engineering》Contents of Volume 23,2014

正~~     

Call for Papers The 12th International Conference on Service Systems and Service Management ICSSSM'15

正June 22-24,2015Guangzhou,China http://iec.cnsba.com/index.htmlCo-Sponsored by:ffiEE SMC(pending)South China University of Technology The Chinese University of Hong Kong Tsinghua UniversityHosted bv:School of Business Administration,South China University of Technology,China Conference Co-Chairs:     

分布交互仿真技术综述

介绍了ＤＩＳ的技术特点,综述了ＤＩＳ中关键技术和相关技术,并对目前ＤＩＳ发展过程中遇到的问题进行了深入的分析与论证。     

Innovation Versus Environmental Protection Presumptions

The paper is about negotiating with issues that discourage innovation. The subject is environmental deterioration, with concern directed at the impediments that keep it from being innovatively resolved. The paper is organized around three issues. (1) The dominant model of environmental concern, called environmental protection, is managed predominantly via command and control approaches. (2) Command and control, by relying on analytical segmentation to subdivide the problem into digestible bits and using formal legislation to direct it, are not up to emerging challenges in the area. (3) More robust models are available but difficult to experiment with due to impediments that discourage change. These impediments are seen in ideals associated with protection, prevention, recycling, and sustainability that tend to do more to sustain harmful practices than to seek beneficial alternatives. Being able to appreciate the underlying restrictions of entropy could help stimulate a more innovative agenda. These issues are tested via a project funded by the EPA entitled ENERGY STAR Homes.