基于模拟退火遗传算法的凸多面体间碰撞检测算法研究

提出用顶点的凸包来表示凸多面体,将两凸物体间距离的问题归结为一个带约束条件的非线性规划问题。利用模拟退火遗传算法对该问题进行求解,即利用模拟退火的接收准则来交叉、变异。结果表明,该算法有较高的计算效率和计算速度。     

非光滑约束优化的改进水平束方法

为求解一类非光滑约束凸优化问题,提出了基于Bregman距离的水平束方法,将传统欧氏距离推广到广义Bregman距离,从而可充分利用可行集的几何结构,提升计算效率。该方法利用多面体模型近似原问题的目标函数和约束函数,并引入改进函数作为最优性判别函数。最后证明了算法的全局收敛性并分析了迭代复杂度。     

每个面是平行四边形的凸多面体是平行六面体吗？

本文给出了每个面是平行四边形的凸多面体未必是平行六面体以及每个面是矩形的凸多面体必是长方体这两个结论，并提出了一个尚未解决的问题。     

柔性物体变形及动画的实现

提出了一种任意两个多面体间内插变形的实现方法，并对算法中的具体实现作了较为详细的阐述，其关键是建立两个多面体间的映射关系，给出凹多面体到凸多面体的变换方法，并对球面展开成平面的具体特殊内插问题建立了数学模型，保证内插的光顺     

基于OpenGL的复杂多面体模型间距离计算及碰撞检测

提出了一种基于图形空间,利用OpenGL选择模式实现复杂多面体模型间距离计算及碰撞检测的新方法.可用于计算任意多面体模型上的所有顶点沿法向到目标多面体模型的有符号距离,并判断模型间的碰撞情况.以上下颌牙齿多面体模型为例,计算出了上颌模型顶点到下颌模型的距离,并以上颌模型的距离图显示,以此为依据,分析了模型间碰撞情况,验证了新方法的有效性.最后对该方法的运算效率进行了分析.计算得到的距离图在口腔修复体牙合面间碰撞区域的识别及标准冠牙合面调整等方面得到了较好的应用.     

基于扩展多面体包络函数的快速接触搜索算法

扩展多面体是由基本多面体和扩展球体通过Minkowski Sum方法构造生成,其同时具有多面体和球体的几何性质,可用于复杂形态颗粒的离散元模拟.为提高扩展多面体单元的接触搜索效率,本文采用球面函数与二阶多面体扩展函数加权求和的方法形成扩展多面体的包络函数,将扩展多面体的接触问题转化为两个包络函数之间的优化问题.通过拉格朗日乘子算法可求解该优化问题进而确定两个包络函数之间的接触中心点.基于该接触中心点可快速判断多面体单元间的最近点以及两个接触颗粒的接触法向和接触重叠量,从而避免了以往接触判断中逐个几何特征搜索判断导致的算法复杂性,有效地提高了扩展多面体离散元的接触搜索效率.综合以上扩展多面体单元的快速接触搜索方法和非线性接触模型,本文发展了基于扩展多面体的非规则离散元方法.通过不同形态单个颗粒下落过程的模拟,研究了包络函数中光滑度系数对结果的影响.分析表明光滑度系数在0.0001–0.1范围内对计算结果影响较小,且光滑度系数越小计算结果越趋近于一致,说明本文方法具有良好的稳定性.通过多颗粒在方形平底漏斗中卸料过程的离散元模拟,与已有的试验和数值模拟结果对比分析了漏斗中的剩余颗粒比例,验证了本文提出的高效接触搜索算法和非线性接触模型的可靠性.     

利用向量计算多面体体积

数学上一个任意凸多面体的体积还没有一个一般的计算公式,本文通过对几种特别的多面体进行巧妙地分解为若干个四面体,得出了一个计算多棱锥的体积公式,并由此推导出了凸多面体的体积计算公式,使得多棱锥和凸多面体的体积计算变得更为简捷。     

单分量双侧约束混料凸多面体顶点的分枝构造法

本文给出了单分量双侧约束混料凸多面体顶点的一种分枝构造算法。首先用拟分量变换将混料问题简化成只有上界约束的混料问题,然后利用“分枝限定原理”给出混料凸多面体顶点的分枝构造,不仅能够给出混料凸多面体的所有顶点,而且即使不算出混料凸多面体的顶点,也能够数出顶点的个数。此计算程序便于电算混料凸多面体的顶点。     

基于三维凸包计算凸多面体Minkowski和算法

传统的Minkowski和算法在计算实际物体间的精确的碰撞干涉时,很难直接获取运算所需的数据,进而需要进行大量的数据预处理。为了提高运算速度,减少数据处理量,本文设计了一种新的三维凸包计算方法,通过空间两凸多面体外表的点云信息直接计算其Minkowski和,用计算得到的凸包的面集表示Minkowski和的边界信息。然后,给出详细的算法描述和复杂度分析,并通过对比分析实验数据,验证了该算法的有效性。     

镜像对称性多边形构型等边凸多面体解析计算方法

基于组合多面体理论,利用计算机图形学相关矩阵变换,建立了镜像对称性多边形构型等边凸多面体解析计算方法,并得到了等边凸多面体由构型和径长唯一确定的结论,该方法可直接运用到大跨度单层球形网壳结构设计中。等边凸面体由平面多边形板块组成,便于设计和加工;主体杆件只有一种,便于预制及快速构建。     

判断两个凸多面体相交的简单方法

在智能机器人路径规划的仿真系统中,碰撞检测算法的实时性非常关键，碰撞检测可以建模为判断2个三维凸多面体是否相交的问题.可将该模型转化为判断一个简单的线性规划是否有解的问题，实验结果表明该方法是有效的。     

支持向量机的最大间隔和对偶性

最初出现的支持向量机理论是基于2类线性可分问题的.针对线性可分情况,研究表明线性硬间隔分类机的对偶问题与凸壳问题(平分最近点法)是等价的,线性硬间隔分类机的最大间隔与凸壳问题的2个最近点的距离相等:针对非线性可分情况,研究表明线性软间隔分类机的对偶问题与缩小的凸壳问题(推广的平分最近点法)是等价的,线性软间隔分类机的最大间隔与缩小的凸壳问题的2个最近点的距离相等.对支持向量机分类问题给出了直观解释.     

共轭法测薄透镜焦距中误差问题

共轭法是一种较为准确和简便的测量薄透镜焦距的方法。这种方法要求物和像的距离 (设为 a)大于 4倍焦距。 a值的取值范围与测量误差有关 ,本文作者阐述了 a值的取值范围与测量误差的关系     

截骨手术中三维测量方法的研究

以基于CT三维重建后的颌面组织模型为研究对象,考虑到虚拟截骨手术仿真中手术规划、术后评估过程中所需要的长度、角度等参数,提出了几种测量方法,包括模型表面任意两点空间距离的测量,三点连线的角度测量,两平面之间距离的测量以及平面夹角的测量等。仿真实验表明,该方法实现的三维测量结果可以满足临床需要。     

两跳多中继网络中改进的前向放大中继策略

单源单宿多中继多天线系统中,中继总功率受限的最大化系统传输速率问题为非凸优化问题.针对此问题分别提出TFSA (Target Function Simplified Algorithm)和CCSA（Constrain Conditions Simplified Algorithm）两种优化算法.TFSA通过缩放信道矩阵与其共轭转置矩阵乘积的特征值使此问题成为凸优化,并使用传统凸优化方法获得其最优数值解;CCSA通过缩小此优化问题的约束集并转换自变量使之成为凸优化,再利用拉格朗日算法获得其解析解,能够实现算法复杂度和系统性能的折衷.实验仿真表明,TFSA算法能逼近最优算法实现的系统性能; CCSA与已有算法比较获得了一定的速率增益,且实现复杂度低.     

再测序DNA微阵列的等长变覆盖探针设计方法

针对再测序DNA微阵列的寡核苷酸探针设计,提出了2种等长变覆盖的方法: ①基于Tm距离的探针优化方法,从冗余探针集中逐步删除具有最大Tm距离的探针;②应用遗传算法,将候选探针集编码为染色体,通过选择、交叉和变异等遗传操作得到最大适应度的探针集.这2种方法,都能在探针长度相等的情况下,通过改变相邻探针之间的覆盖度使探针的Tm值尽可能保持一致.实验结果表明:等长变覆盖法得到的探针集整体优于等长移位法和变长变覆盖法的结果,具有更好的杂交条件一致性.     

广义上界的凸Knapsack问题的解法

本文讨论一个复杂资源分配问题——带广义上界的凸 Knapsack 问题。首先,把该问题化为一个等价问题,它涉及典型的单资源分配问题的解法。进而,对广义上界的凸 Knapsack 问题提出两个算法。最后,对于资源分配者为两个集合的情况作了进一步的分析和讨论。     

基于坡面形态的h型抗滑桩加固效果分析

h型抗滑桩是加固边坡的有效措施之一,在以往的研究中,大多数学者选取的研究对象均为直线形边坡,导致研究结果对自然环境中形态各异的边坡缺乏普遍适用性。因此,基于凹形、直线形、凸形、组合形四种坡面形态,从桩位、连梁长度、锚固深度三个方面综合考虑,以安全系数、边坡变形模式、桩身位移、桩身受力情况为分析依据,提出基于不同坡面形态的h型抗滑桩最优加固方案。研究结果表明：组合形坡最稳定、凸形坡最不稳定。凹形坡桩中轴线距坡脚的合理距离为4/5坡长,其余三种坡形的合理距离均为1/5坡长。凹形坡与组合形坡最优连梁长度为3～5倍桩径,直线形坡与凸形坡最优连梁长度为2～3倍桩径,组合形坡最优连梁长度为3～4倍桩径。凹形坡与组合形坡最优锚固深度为2.5倍桩径,直线形坡最优锚固深度为2～3倍桩径,凸形坡最优锚固深度为1.5～2.5倍桩径。研究结果可对边坡抗滑桩加固设计提供参考。