支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统

为提高支持力/触觉反馈的虚拟肝脏手术仿真系统的精度和实时性,提出了一种基于物理意义的平行菱形链连接变形模型.该模型中由于各个链结构单元中菱形的长度等比例变化,计算量小,改变链结构单元中菱形的长度和夹角就可方便地对不同的柔性体进行建模.同时还讨论了系统的结构设计、柔性体形变计算、快速碰撞检测和实时力/触觉反馈操作等.基于6-DOF Delta手控器建立试验平台,并结合力/触觉反馈计算实现了虚拟肝脏手术的拉拽、按压等变形仿真.实验结果表明,该系统力/触觉感觉平稳、模拟效果逼真,能够满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求.建立简单逼真的物理变形模型和精确快速的碰撞检测算法,有助于提高虚拟肝脏手术仿真系统的性能.     

Real-time haptic model for soft tissue deformation in surgery simulation

The modelling and simulation of deformable objects is a challenging topic in the field of haptic rendering between human and virtual environment. In this paper, a novel and efficient layered rhombus-chain-connected haptic deformation model based on physics is proposed for an excellent haptic rendering. During the modelling, the accumulation of relative displacements in every chain structure unit in each layer is equal to the deformation on the virtual object surface, and the resultant force of corresponding springs is equivalent to the external force. The layered rhombus-chain-con- nected model is convenient and fast to calculate, and can satisfy real-time requirement due to its simple nature. Simulation experiments in virtual human liver based on the proposed model are con- ducted, and the results demonstrate that our model provides stable and realistic haptic feeling in real time. Meanwhile, the display result is vivid.     

通用图形环境的虚拟结构静力试验

主要介绍了基于OpenGL的数值静力试验室虚拟仿真系统．该系统以Visual C++6．0为开发工具,采 用OpenGL技术,对钢筋混凝土梁抗弯试验及钢筋混凝土框架推覆试验进行了仿真模拟．该系统能真实地模 拟混凝土梁抗弯试验及钢筋混凝土框架推覆试验的试件生成、荷载施加等试验全过程,并能通过虚拟设定 的传感器传来的数据,对梁或框架进行动态精确的数值分析．     

飞机货舱门作动系统工作状态分析与虚拟仿真

为研究飞机货舱门作动系统的工作状态,确定操作和状态转移逻辑、核心处理任务,采用有限状态机理论模型进行系统性的梳理,识别出状态划分、故障管理、运动规划等关键问题并给出了解决方案.基于Matlab一体化建模方法构建虚拟操作环境,并进行仿真验证.结果表明,作动系统工作状态清晰,指示和故障处理逻辑合理,运动规划结果可行,验证了所用方法的有效性.分析结果可以为底层代码实现提供支持.     

虚拟现实、多媒体与系统仿真

论述了虚拟现实技术的基本概念、基本特征、技术组成及狭义多媒体与广义多媒体概念,研究了虚拟现实系统、多媒体仿真、数字仿真三者之间功能关系、交互关系以及三者之间的层次关系图、仿真类型的概念关系图、虚拟现实系统的应用情况.得出虚拟现实系统与传统的一般交互式仿真的主要区别在于虚拟现实系统具有人机交互的自然性、信息处理的多维性、虚拟环境的真实性和智能性;制约虚拟现实技术发展的主要因素是实物虚化、虚物实化和高性能的计算机处理技术等.     

利用粒子系统实现喷泉模拟

为了实现喷泉的实时模拟,构建出一种基于粒子系统的喷泉系统模型。分析模型中粒子的属性及其变化,加入风力和阻力等粒子属性,实现粒子在复杂受力情况下的实时动态模拟。采用Visual C++6.0为编程工具,三维动画环境由OpenGL支持,在Windows XP环境下开发了基于粒子系统的三维喷泉模拟系统。实验证明该算法实现简单,模拟的喷泉效果满足实时性和逼真性的要求。     

OpenGL在数控加工仿真系统中的应用

OpenGL强大的三维图形功能为用户开发图形仿真系统提供了有力的工具.本仿真系统基于OpenGL,以Visual C 为开发平台、在Windows XP环境中开发而成,该系统具有仿真加工和培训数控加工操作人员2部分功能.     

基于粒子系统的礼花模拟方法

分析了礼花粒子系统的基本模型及建模方法,将许多形状简单的微小粒子作为基本元素聚集起来,形成一个不规则的模糊物体,从而构成一个封闭的粒子系统.在此基础上采用Open-GL、纹理贴图和C++设计实现了三维礼花粒子系统,解决了模拟模糊物体计算不能达到实时性的问题.采用极坐标的形式对礼花的形状进行了改进,使礼花形状达到真正的三维效果,所实现的粒子系统在普通计算机上能达到很好的逼真性.同时采用FMOD引擎加入了声音效果,最后给出了任意形状礼花的实现方法.实验结果表明所提出的礼花模拟系统实现简单,实时性好,并具有极佳的模拟效果.     

基于HLA的可动态调配测试仿真系统

论文以CZ系列运载火箭发射前的系统测试为背景,设计并实现了一套完整的测试仿真系统.首先建立了控制系统、动力系统,遥测系统和利用系统的全数值测试仿真模型库.在此基础上通过对Matlab和RTI通信机制的研究,提出了一种HLA和simulink综合仿真建模的方法,实现了数值模型在HLA体系下的可动态调配.通过对单机模型的动...     

基于虚拟仪器技术的发动机测功系统

随着计算机技术的发展,虚拟仪器技术正成为测试和控制领域的新工具．本文介绍了一个利用虚拟仪器技术,采用NI—PCI6024E数据采集卡、信号调理模块及PC机构成的柴油发动机测功系统．传感器输出的信号经过信号调理模块,被隔离、滤波、放大、线性化后,进入数据采集卡和PC机;另一方面,烟度计、油耗仪和流量计输出的信号,通过RS232C进入PC机．通过图形化语言LabVIEW的编程,用户界面直观的显示在显示器上,并可方便调试．系统应用在柴油发动机燃用柴油和16种植物油的稳态测功实验上,开发周期短且各参数测量误差与国家发动机试验标准对比,都满足要求．     

基于Pro/Engineer的虚拟装配支持系统

虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分,是对传统装配技术的革新。本文主要介绍了基于Pro／Engineer开发的用于产品装配规划的虚拟装配支持系统(VASS),给出了系统的总体结构,并着力阐述了装配建模及其重构、装配顺序规划等关键技术。最后,介绍了该系统在某汽车设计与装配中的应用。     

基于DBN的sEMG智能轮椅人机交互系统

设计了基于表面肌电信号的智能轮椅人机交互系统,首先通过CyberLink肌电传感器,对面部运动信号进行采集与分析处理,采用了深度信任网络(deep belief network,DBN)算法对肌电信号进行分类,进而用于智能轮椅的运动控制.实验表明:与支持向量机相比,用深度信任网络训练肌电信号,能有效地处理大量的肌电样本信号,并得到最高可达95.25%的识别率,提高了肌电信号的识别率、有效降低了对大量数据的处理时间、增强了智能轮椅响应的实时性.     

一种基于HLA的CAN总线仿真系统

基于HLA和OPNET仿真技术,以CAN总线为研究对象,建立一个联合分布式仿真系统.系统由三部分构成,一个OPNET工程用于模拟CAN总线的仿真网络;一个WINDOWS工程是CAN总线控制台,用于设置OPNET仿真网络中CAN总线设备的工作参数;另一个WINDOWS工程是CAN总线设备的参数显示终端,用于显示仿真CAN总线设备的工作参数.系统中WINDOWS控制台和参数显示终端的真实数据与OPNET仿真网络的虚拟数据之间的数据交互依靠HLA技术实现.这样,传统的全数字OPNET仿真软件就可以在运行过程中实现与用户交互.     

基于OGRE粒子系统的喷泉模拟

粒子系统在计算机图形学中占有至关重要的地位,被用于实时模拟自然景物和现象中.在粒子系统的基本理论结构上研究了面向对象的图形渲染引擎（OGRE）粒子系统的核心原理以及粒子脚本语言.提出了一种基于OGRE粒子系统的喷泉模拟方法,在该图形渲染引擎下实现了多种喷泉效果.使用这种简本语言使程序员更容易开发,大大提高了喷泉模拟的开发速度和开发效率.     

基于物理引擎的汽车碰撞事故仿真系统

道路交通事故发生的时间短暂、原因复杂,使得人们难以掌握交通事故发生过程的破坏形式以及减少事故损失的方法。为了形象地模拟道路交通碰撞事故过程,清晰地展现破坏形式和碰撞能量,基于Quest3D虚拟现实平台,运用PhysX物理高阶引擎技术,针对交通事故中常见的两车碰撞开发了汽车碰撞仿真系统。结果表明,通过碰撞方式控制、相关参数控制、制动控制等多功能仿真控制,实现了白天、晚上、雨天、雪天等全天候下弹塑性三维碰撞模拟;渲染汽车碰撞过程中车身的凹陷、撕裂等破坏效果的同时,实现了实时输出碰撞速度、速度、动能、坐标向量、制动距离、角速度、角动量等定量化数据,为汽车碰撞事故的分析与重现提供了有利的仿真工具。     

基于Multi-Agent的公路仿真系统框架

为了建立公路仿真系统对公路设计的合理性进行评价，研究了公路仿真系统结构问题。公路仿真系统是连续变量动态系统和离散事件动态系统相互作用的混杂系统，通过分析公路仿真系统的特征，建立基于Multi-Agent理论的公路仿真系统框架。将系统划分为3类相互作用的A-gent，即反应Agent、合作Agent和界面Agent，给出了适合公路仿真特点的Agent元定义，建立了各Agent的协商模型，并对其运行机制进行了讨论。该仿真框架的建立，从软件工程的角度解决了仿真过程中混杂性的问题，对于合理设计仿真系统结构具有重要作用。     

基于作战仿真的毁伤评估系统

为了提高作战仿真系统毁伤评估的精度,实现作战仿真系统的可用性,研究了一种基于作战仿真的战场目标毁伤评估系统.采用组件化软件设计思想,建立了基于分布式仿真平台的系统架构;给出了系统的体系结构、功能组成和毁伤的处理流程.引入基于武器终点效应/目标易损性的毁伤评估方法,将毁伤评估划分成毁伤机理、终点效应两阶段工程建模,而后建立了目标毁伤评估模型;定义了毁伤模型的接口,给出了模型的处理流程.结果表明,目标毁伤评估系统扩展性好、通用性强、建模难度低、结果可信度高,可对作战仿真环境中的目标毁伤仿真与评估提供有力的支撑.     

基于TE过程的仿真系统的实现

TE过程是对一个化工过程的真实模拟,被广泛用于过程控制研究。针对TE模型,设计了基于MATLAB、Excel和力控的仿真系统。该仿真系统用MATLAB设计控制算法进行仿真,用力控实现复杂、友好的图形界面。Excel作为MATLAB和力控的数据库。MATLAB和Excel通过Excel Link进行数据链接,Excel和力控通过DDE进行数据交换。该仿真系统已投入使用,为研究过程控制提供了良好的基础平台。     

基于粒子系统的动态雪景模拟

目的通过研究粒子系统方法,同时结合面向对象的程序设计语言,提出粒子系统的雪景模拟算法结构,模拟生成逼真的视觉效果。方法恰当选择粒子数量和粒子模型,结合OpenGL平台,针对雪景其具体的结构进行分析后,得到雪景的动态模拟。结果实践表明,该粒子系统模型可在复杂的三维场景中实时地模拟降雪现象,仿真效果逼真。结论提出了一种新颖的算法,从而有效解决了一般的粒子系统在动态雪景模拟中实时性差的问题。     

基于三维立体技术的虚拟灭火系统

文章通过开发基于三维立体技术的虚拟灭火系统,解决了传统消防训练的不安全性和二维消防训练系统的不真实性问题,提高了用户体验和培训效果;针对常用粒子系统模拟火焰存在细节层次差、火苗波动不真实和边界模拟差等问题,优化了火焰粒子系统的纹理贴图,并使用纹理动画替代原有单一纹理贴图,实现了逼真度更高的火焰模拟。本系统能够很好地模拟高真实感的虚拟场景并提供交互功能,实现了模拟火灾现场并进行消防训练的目的。