基于空间正交曲率信息的三维曲线重构方法分析

面向高性能飞行器结构形态主动监测研究背景,以光纤光栅柔性细杆机敏结构为研究模型对象,侧重于空间正交曲率信息的三维曲线重构方法分析和研究.在简述基于正交分布式光纤光栅传感阵列曲率检测原理基础上,进行空间三维曲线重构方法分析,并给出了详细的算法过程和实现步骤,同时进行了离散曲率连续化方法分析;基于V isual C++开发平台及OpenGL技术,针对方法研究结果与算法分析过程,开发可视化仿真实验环境进行了实验分析与验证,基于3种离散曲率连续化方法进行图形重构效果对比;实验分析结果不仅表明了3维重构方法与实现过程的有效性,而且获得了离散曲率连续化方法上的相关有益结果.     

基于活动标架对Hilbert曲线的研究

现有刻画三维Hilbert曲线的算法大多是从始点到终点递归地计算节点坐标,针对此类算法迭代次数较多的问题,提出一种刻画三维Hilbert曲线的新算法.借助于构造活动标架,得到刚体运动下的不变量,即离散曲率挠率.考虑到活动标架,曲线节点将被重新编码.并建立曲线弯曲点位置编号与其对应的曲率挠率数对的映射,编写相应算法使其对任意编号n,能够输出该编号对应弯曲点的曲率挠率数对且画出弯曲点图象结构.相比于基于Matlab生成Hilbert曲线的算法Hilbert3(n),该算法不局限于曲线的阶数、不依赖相邻阶曲线节点坐标之间的迭代.实验结果表明此算法更加高效.     

基于数字投影仪的三维轮廓检测系统

通过对DLP(digital lighting process)数字光处理器投影仪的原理分析,建立了基于透视变换的投影仪原理模型.模型中建立了投影点与空间投影直线的关系,得到光栅平面在空间中的表达式,在此基础上设计编码光栅对空间进行划分.由于编码光栅是一系列的矩形光栅,所以通过编码光栅不同的排列组合对空间进行编码划分,确定空间中每一个光栅面的次序.再由测量系统的空间几何结构关系,得到被测物体表面点的三维坐标,实现了基于数字投影仪的物体表面三维信息测量.实验证明,利用数字光处理器投影仪可以方便地实现编码模式,基于本方法的三维轮廓检测系统结构简单,适合于各种高度变化的物体,可以快速、方便地进行三维信息重构.     

基于型面曲率的三角网格快速自适应细分算法

提出一种基于型面曲率的三角网格快速自适应细分算法.该算法通过建立三角网格动态空间索引结构,快速准确获取局部型面参考数据并计算型面曲率.对曲率较大区域进行细分,对较平坦区域只进行网格顶点重定位,不进行面片分裂,实现三角网格的自适应细分.实例证明该算法可提高模型的光顺性与细分效率,以相对较少的面片准确表达模型型面特征信息.     

关于曲率数量的一些性质

黎曼空间的曲率数量是曲面上高斯曲率的推广。本文论述了曲率数量的一些性质，推导出：可在以ｎ（≥３）重正交超曲面系为坐标系的黎曼空间把曲率数量用坐标面的平均曲率和参数曲线的第一曲率表示出来，揭示了曲率数量所反映的重要特性。     

REVO五轴测量系统重构与建模方法研究

REVO五轴测量系统是基于正交式坐标测量机设计和应用的高效率、高精度测量系统.针对在非正交式坐标测量机环境下应用REVO五轴测量系统,提出了REVO五轴测量系统的重构与数学模型.建立了REVO五轴测量系统原始返回数据的构成模型,从返回的合成数据中分离出光栅数据;基于准刚体理论,建立了REVO测头误差补偿模型.通过实验验证了误差补偿模型的正确性和有效性,经过误差补偿,测量误差平均值从-0.190,3,mm降低到0.001,1,mm.本文的研究内容对于在非正交式坐标测量机下应用REVO五轴测量系统具有重要意义.     

曲线坐标下波浪抛物型缓坡方程及近岸流数值模型研究

建立了曲线坐标系下的波浪抛物型缓坡方程及近岸流数值模型,对不规则岸线地形下的波浪传播变形及近岸流运动进行了数值模拟研究.首先基于曲线化抛物型缓坡方程建立了正交曲线坐标系下的近岸波浪传播数值模型;然后通过正交曲线变换建立了正交曲线坐标系下的近岸流数值模型;进而基于波浪辐射应力的概念,耦合上述数值模型,对Gourlay模型实验和Hamm模型实验中不规则岸线地形条件下的波浪传播变形及近岸流运动进行了数值模拟研究,并结合实测资料对数值模拟结果进行了验证分析;最后基于上述耦合数值模型对美国San Francisco海湾的Ocean Beach海岸波浪斜向入射所产生的波浪场及波浪破碎所形成的近岸流进行了数值模拟研究.对比分析表明,本文数值结果与实验结果或其它学者所得数值结果基本一致,从而验证了本文数值模型的有效性.     

基于最少控制点的非均匀有理B样条曲线拟合

针对叶片型线的优化设计,提出采用自适应方法提取合适的节点来插值非均匀有理B样条(NURBS)曲线的算法,实现了满足一定精度要求的数据点云拟合以及控制点的计算.该方法首先通过点云外形特征提取主特征点,把主特征点作为节点插值NURBS曲线,通过德布尔递推公式求解控制点,然后根据误差及曲率信息自适应地增加节点反复迭代,直到达到要求的拟合误差精度,从而简洁有效地实现了大量数据点云的拟合.相比传统方法,该方法能够更快地达到要求的逼近精度,同时将误差与曲率信息结合起来调整节点,不仅适合于有局部大曲率及有噪声点的数据点云的曲率计算,而且可用于估计插值节点的数量和工业逆向设计中空间曲面控制点的提取,为优化设计奠定了良好的基础.     

提取空间拟合椭圆模型的中心坐标算法

采用古塔每一层8个观测点的坐标,给出了解决各层中心位置坐标的通用方法.先用一个平面对原始观测数据进行空间平面拟合,把原本三维的问题降低到二维来考虑,使得原本的空间曲面问题简化成了平面问题.然后在该平面上建立局部坐标系,通过坐标变换得到观测点在局部坐标系下的坐标.再利用椭圆曲线拟合这8个观测点,得到椭圆的方程,椭圆的中心即为该塔层的中心.最后利用坐标逆变换得到在原始坐标系下的中心坐标.仿真实验和实验表明,该算法可以用来解决空间建筑物的中心位置进行标定的问题.算法比其它的算法具有速度快和推广价值高等优点.     

基于压缩感知与LS_SVM的三维组织表面重建

针对在三维表面上均匀采集的少量数据点,提出一种基于压缩感知与最小二乘支持向量机(LSSVM)的三维组织表面重建方法.通过结合采用拟合与插值方法得到与待重构表面数据相同数目的数据点集,采用离散余弦变换(DCT)分别得到其三维坐标的稀疏系数,用设计的自适应观测矩阵进行观测,并选用正交匹配追踪算法作为重构算法,最后采用LS-SVM回归预测模型对压缩感知重构结果进行修正.实验结果表明:该重建方法得到的组织表面数据误差小,能保持在1mm左右,重建表面光滑,为基于虚拟现实的虚拟手术系统提供了精确的表面数据模型.     

直线驱动型Delta并联机器人运动学研究

与旋转驱动型相比,直线驱动型Delta并联机器人具有更大的工作空间和更好的结构刚度,但其运动学分析算法研究较少且复杂。针对上述问题,本文在简化直线驱动型Delta并联机器人运动模型的基础上,提出基于坐标关系的运动学问题求解算法。首先简化直线驱动型Delta并联机器人结构,并进行结构建模;然后设定空间坐标系,将机器人的结构关系转化成坐标关系;最后根据其坐标关系,建立三元二次方程组,求解运动学关系。其中,方程组多解取舍问题可通过约束条件的限制有效解决。实验结果表明,本文算法简单合理、鲁棒性好,使用价值高。     

大跨度空间网格结构节点损伤识别定位

为检测大跨度空间网格结构状况,对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位进行了研究,提出了适用于大跨度空间网格结构节点损伤识别的两步定位法.利用模态曲率变化比进行节点损伤的初定位,识别出损伤节点所在的子结构;以此子结构为研究对象,利用杆端应变模态变化比对节点损伤进行准确定位.以天津奥林匹克中心体育场屋盖结构为计算模型进行了节点损伤识别的定位模拟,结果表明,模态曲率变化比对节点损伤比较敏感,在节点发生较小程度损伤时便能将其所在的子结构准确地定位;杆端应变模态变化比能够准确地识别节点损伤的确切位置;从而验证了节点损伤两步定位法对大跨度空间网格结构的节点损伤识别定位的适用性和有效性.     

基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别法

基于以应变和应变率为状态变量的系统随机状态空间模型,比拟基于数据驱动的位移模态参数随机子空间识别方法,建立基于数据驱动的应变模态参数随机子空间识别方法,用于环境激励下的结构应变模态参数识别,并通过数值算例和实例对识别方法进行验证。数值算例计算结果表明:应变模态参数随机子空间识别法可在各种噪声情况下较好地识别出结构的曲率模态振型,而且识别的曲率模态振型对局部损伤很敏感,具有较强的抗噪能力;实测算例识别的应变模态振型也与理论振型较吻合,从而进一步验证本研究识别方法的实用性。     

扭矩对三维空间圆截面曲杆弹性屈曲的影响

采用自然坐标系,由Green应变张量的定义,给出了自然坐标形式的三维细长空间曲杆的Green应变计算公式,建立了同时考虑轴向压力和扭矩影响的能量变分方程.采用2节点12个自由度的自然坐标形式的三维空间曲梁单元,采用线性特征值分析方法,研究分析了同时受轴向压力和扭矩作用的具有初始曲率和挠率的三维空间杆柱的屈曲问题.数值结果与存在的理论解极为吻合,验证了公式的正确性.更为引人注意的是:不论直杆还是曲杆,扭矩对它们的弹性屈曲影响不可不计.     

任意挠曲通道中正交曲线网格的构筑

运用微分几何的方法将有向正则空间的Ｆｒｅｎｅｔ标架旋转，改善中心流线ｃ－坐标系斜交性，从而在任意挠率与曲率非零的三维通道中构造出具有严格局部正交性的ｃ－ａ曲线坐标系，采用该坐标系的等坐标参数线即构成正交计算网络，从而为简化流动方程，考察二次流及分析计算结果创造了条件。     

任意挠曲通道中正交曲线网格的构筑

运用微分几何的方法将有向正则空间的Ｆｒｅｎｅｔ标架旋转，改善中心流线ｃ－坐标系的斜交性，从而在任意挠率与曲率非零的三维通道中构造出具有严格局部正交性的ｃ－α曲线坐标系，采用该坐标系的等坐标参数线即构成正交计算网格，从而为简化流动方程、考察二次流及分析计算结果创造了条件     

基于智能空间的家庭服务机器人SLAM

提出了基于智能空间的家庭服务机器人同步定位与地图构建(SLAM)方法.利用双目立体视觉传感器提取环境特征,获取环境中物体的Harris角点,通过立体匹配算法获取角点的三维几何信息,同时获取环境中这些几何特征对应的图像特征信息,并将混合信息进行绑定,作为实时更新信息存入智能空间信息库中,构建出三维立体混合特征地图.在SLAM实现过程中,首先建立系统模型并对该模型进行重构以实现线性化;其次移动机器人与智能空间实时地进行交互,实现快速数据关联;最后利用卡尔曼滤波算法处理信息的不确定性,估计出机器人的位姿,同时保存环境特征,逐步构建出环境地图.实验表明,该方法实时性好、精确度高.     

溢流坝面明流流动水力特性数值分析

采用正交曲线坐标系下曲率修正的紊注数学模型,计算了龙抬头泄洪洞明流流动的水力要素;计算结果表明,具有明显曲率影响的泄水建筑物反反水流的数值计算,必须计入流线弯曲的影响;本文建立曲率修正紊流为模型较好地预测具有明显曲率影响的复杂水流的水力特性。     

参与式感知系统中基于压缩感知的数据采集算法

基于压缩感知理论提出了一种在参与式感知系统中进行数据采集的算法.该算法通过对节点社会关系的分析,估计得出部分未被传输的节点感知数据,在此基础上对观测矩阵进行更新,使压缩感知算法可以利用已传输的数据和估计得出的数据进行重构.该算法能显著减少参与式感知系统中传输的数据量,同时能够保证较好的数据重构精度.采用随机漫步移动模型进行了仿真实验,验证了算法的可行性.实验表明,与传统的压缩感知算法相比,上述算法在重构成功率相同的情况下,可以显著减少网络传输的数据量,从而降低网络消耗.     

基于激光点云的车辆外廓尺寸动态测量方法

为解决车辆外廓尺寸测量中存在的测量准确度低、重复性差及三维轮廓重构质量差的问题,提出一种基于激光点云的动态测量方法.首先基于车辆外廓尺寸动态测量原理,对系统测量方案进行了设计.然后为去除激光雷达在采集过程中产生的噪声和冗余数据,基于kd-tree建立点云空间拓扑关系并采用邻域平均法实现点云数据的去噪,借助最小二乘法判断局部曲率特征对点云数据进行精简,并通过边界点识别算法对边界特征进行保护.最后通过实车试验对所提方法进行验证,并设计出反光镜滤除方案及曲线行驶矫正模型,实现对试验结果的进一步优化.试验结果表明:4种车型的示值误差均小于1%,重复性最大为0.48%,具有较高的准确度和较好的稳定性,满足国家标准要求;根据车辆三维轮廓重构模型,可对超限位置快速定位.