一种封闭B样条曲线的扫描线填充算法

给出了一种封闭B样条曲线的填充算法,算法思路与多边形扫描线填充算法思路相似。该算法中使用了水平线与自由曲线的求交算法,水平边的判定方法和给定坐标系下自由曲线极点的判定方法。算法具有较高的效率和广泛的应用价值。     

虚拟环境下变形线性体实时建模算法研究

研究提出一套虚拟环境下线绳和缆索两类变形线性体的几何变形数学建模算法。首先将变形线性体的物理和几何特性,对它们建模的共同之处进行研究,采用微分几何方法在正交直角坐标系下描述其变形,选择样条函数描述线性体的中心线,提出描述扭转变形的一种简单方法,结合广义弹簧理论建立它们的变形能数学模型,应用材料力学理论设计参数,并采用能量极小化方法求解;其次分别针对线绳和缆索的特性修改共性模型,形成各自的建模算法;第三通过仿真模型与实际变形线性体的对比实验验证仿真算法的正确性。实验结果表明,该算法能够正确描绘线绳和缆索变形,并能够满足虚拟环境的实时交互帧频率。     

基于GPU的B样条曲面加速计算

图形处理器(GPU)可编程性能的不断提高使得在三维几何造型系统中出现了越来越多的基于GPU的应用。提出了一个基于GPU片元程序计算B样条曲面的加速算法。通过测试算法在GPU上计算B样条曲面的时间与基于CPU的传统算法相比较,表明提出的基于GPU的加速算法效率明显高于传统算法。同时提出的算法具有良好的易用性和可扩展性,可以应用到Bézier曲面、NURBS曲面等其他参数曲面的加速计算中。     

基于粒子群优化算法的无人战斗机路径规划方法

对于无人机的路径规划问题,从和机器人路径规划问题的差别入手,通过粒子群优化算法对有限数目的采样航点的优化,使用高次B样条曲线拟合出满足路径最短且威胁最小的无人战斗机的飞行路径。研究了路径规划约束的数学模型、粒子构造方式和粒子的评价适应度函数。通过仿真对目前出现的基于粒子群优化算法的无人机路径的多项式拟合方法和所提出的基于B样条拟合的方法进行了比较。仿真结果表明,使用粒子群算法优化出来的B样条曲线比多项式拟合法和几何方法更加合理有效。     

基于可操纵小波的多方向图像边缘检测

根据可操纵小波多分辨率分析的原理,将小波多分辨率分析与方向微分算子相结合,设计实现了基于二维多方向微分的小波滤波器组,提出了分辨率及方向均可调节的图像边缘检测方法。该方法具有计算效率高、抗带间混叠及多方向选择等特点。通过仿真试验并将其与canny算法和传统的B样条小波边缘检测算法进行比较,验证了该方法的有效性和优越性。     

基于多层稀疏先验的回归样条变量选择算法

在计算机试验中,复杂现象的仿真拥有数目庞大的输入变量。因此,筛选出对输出有重大影响的输入变量显得至关重要。针对计算机试验的变量选择问题,提出一种基于贝叶斯多层稀疏先验的回归样条变量选择算法。新算法能够同时进行非重要输入变量的自动删除和重要输入变量系数的自适应估计。不同于计算机试验中已有的变量选择算法,新算法不需要调节控制稀疏性的超参数。通过快速算法进行数值求解,试验结果表明：新算法不仅能够更精确地实现变量选取,而且能够大大地降低计算复杂度。     

基于粒子群面向可变形物体的随机碰撞检测算法

提出了一种面向可变形物体快速的碰撞检测方法。此方法将粒子群优化算法和随机碰撞检测相结合,通过在物体特征域内采样把三维物体空间内碰撞检测问题转换到二维离散搜索空间中解决。这不但可以控制算法的运行速度和检测质量,更重要的是增加了算法适应性:输入的可以是不具有拓扑信息的任意物体模型。此外也不需要建立复杂的数据结构,因此大大地减少了存储空间,提高了检测效率。实验证明基于粒子群的离散碰撞检测算法能有效的处理变形物体的碰撞检测问题。     

用于虚拟力觉再现的弹簧-质点力/变形模型研究

为提高虚拟力觉再现的精度与实时性,提出了一种弹簧-质点力/变形模型,它将物体以受力点为中心,沿径向方向分割为呈同心圆分布的弹簧-质点系统。系统中各个质点的相对位移的叠加对外等效为物体表面变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等于物体表面的接触力。该方法由于分割只涉及到发生变形的局部区域,不需要对整个物体进行大量的矩阵运算;进行了基于图像边缘检测的变形测量,推导了模型参数;基于此力变形模型,利用DELTA手控器,进行了柔性物体接触变形以及实时虚拟力反馈的半物理仿真。     

基于NURBS曲面的人体胸腰部骨组织三维重构

提出从中国数字化可视人体数据集中获取骨组织曲线、曲面模型的完整技术路线。首先采用多边形逼近分割图像,轮廓跟踪获得目标组织轮廓的数据点作为型值点,采用周期B样条曲线逼近拟合成封闭曲线,利用B样条曲线控制点影响的局部性性质,调整曲线的控制多边形,获得与目标骨组织边界吻合的轮廓曲线,再将完整的骨组织曲线模型通过直纹面法建立NURBS曲面模型。该技术路线对人体骨组织及其它组织器官的建模提供了一种有效实用的方法。     

一种基于图像空间的碰撞检测算法

根据光线与封闭物体间的相交特性,设计并开发了一种基于图像空间的碰撞检测算法。采用VBO技术提高图形渲染速度以提高算法的性能。利用待测物体对的轴向包围盒（AABB）设置合理的视锥和视口,减少图形的绘制量,进一步提高算法性能。测试结果表明,该算法可以直接处理非凸体,处理复杂模型的碰撞检测问题实时性好、平稳性高,但是其性能受到分辨率的影响。最后讨论了将该算法扩展到多个物体间进行碰撞检测的实现策略。     

基于相关反馈学习的三维目标检索算法

针对三维目标(3D object)检索问题,提出了一种基于混合描述符及多支持向量机融合相关反馈学习的3D目标检索方法。在分析现行3D模型检索方法的基础上,提出了混合描述符H_D及相关反馈学习的总体思路。讨论了H_D框架构建,即在光场图像阵列自适应聚类基础上,分别实现H_D各个子描述符。讨论了基于多支持向量机的融合分类学习机制,并将其用于3D目标检索反馈学习环节,对H_D检索性能及相关反馈学习分类进行了实验分析,结果表明所提出的方法是有效的。     

Fast computation of scattering from 3D complex structures by MLFMA

This paper introduces the research work on the extension of multilevel fast multipole algorithm （MLFMA） to 3D complex structures including coating object, thin dielectric sheet, composite dielectric and conductor, cavity. The impedance boundary condition is used for scattering from the object coated by thin lossy material. Instead of volume integral equation, surface integral equation is applied in case of thin dielectric sheet through resistive sheet boundary condition. To realize the fast computation of scattering from composite homogeneous dielectric and conductor, the surface integral equation based on equivalence principle is used. Compared with the traditional volume integral equation, the surface integral equation reduces greatly the number of unknowns. To computc conducting cavity with electrically large aperture, an electric field integral equation is applied. Some numerical results are given to demonstrate the validity and accuracy of the present methods.     

Fast 3D EM scattering and radiation solvers based on MLFMA

As the fastest integral equation solver to date, the multilevel fast multipole algorithm （MLFMA） has been applied successfully to solve electromagnetic scattering and radiation from 3D electrically large objects. But for very large-scale problems, the storage and CPU time required in MLFMA are still expensive. Fast 3D electromagnetic scattering and radiation solvers are introduced based on MLFMA. A brief review of MLFMA is first given. Then, four fast methods including higher-order MLFMA （HO-MLFMA）, fast far field approximation combined with adaptive ray propagation MLFMA （FAFFA-ARP-MLFMA）, local MLFMA and parallel MLFMA are introduced. Some typical numerical results demonstrate the efficiency of these fast methods.     

一种基于三维小波的视频水印空时算法

针对数字视频的版权保护,以及基于数字视频的信息隐藏,提出了一种基于三维小波的视频水印空时算法。它利用了视频场景镜头分割技术和三维小波变换的空时多分辨水印嵌入策略,以及根据最大似然准则的水印检测算法。针对视频的版权保护,作为版权标志的水印图像先用两个序列扩频预处理成一个图像序列,扩频后的水印图像序列自适应地嵌入到视频镜头的三维小波系数上。该基于三维小波域的水印策略充分利用了视频序列良好的空时多分辨特点,水印算法可靠。针对视频水印的几种特殊攻击,仿真实验证明了该算法具有很强的鲁棒性。     

一种基于PC的快速三维图像重建方法

主要从传统FDK算法的改进和数据并行计算两方面来研究快速三维图像重建算法,提出了一种Z线优先重建法,能够有效地组织和划分重建数据,从而使得对重建数据的内存访问非常连续,便于采用单指令多数据(Single Instruction Multiple Data, SIMD)技术进行数据并行处理。最后基于Intel Pentium 4 CPU的PC平台,利用SSE/SSE2技术开发了三维图像快速重建引擎。实验结果表明本文提出的方法非常有效,与原始重建算法相比,在保证图像质量不受损失的前提下取得了20倍以上的重建加速比。     

基于运动结构图的无人机序列影像三维重建

无人机序列影像具有重叠度高、拓扑联系强的特点。针对现有增量式三维重建算法在处理大规模无人机影像时效率低、输出不稳定的问题,提出基于运动结构图的无人机序列影像三维重建方法。顾及地理位置信息与IMU(Inertial measurement unit) 数据建立图像索引集,提高图像匹配效率,并使用随机抽样一致性算法计算相对运动;使用运动结构图表示影像之间的“ 关联”,采用闭环检测剔除错误边;借助李代数与李群的映射关系, 融合1 L 范式与M 估计一次性求解影像全局运动,期间只进行一次光束法平差,降低了计算复杂度。实验验证本文方法在效率和效果上得到了提高。     

飞行器表面规律分布的电磁缺陷散射机理

针对飞行器表面存在的多列缺陷目标,基于电磁场叠加理论,提出并推导了用于分析多列电磁缺陷目标的散射相干原理,并以此为基础,建立了多列缺陷目标散射机理的研究方法;提出了间距电尺寸的概念,系列雷达散射截面实验表明,散射相干原理可用来精确分析不同类型多列缺陷目标的散射机理,间距电尺寸决定散射分布的形式,对多列缺陷目标散射有重要影响,而不同的缺陷类型主要影响散射幅值大小;从相干原理出发,结合精确数值算法,提出了多列缺陷目标的快速预估方法,具有与多层快速多极子算法一致的精度,且几乎不占用计算内存和时间。     

基于多目标进化算法混合框架的MOEA/D算法

针对混合多目标进化算法中如何设计全局搜索算法和局部搜索策略结合机制的难点问题以及提高多目标进化算法的求解性能,基于反馈控制思想,提出了一种系统化、模块化的全局优化与局部搜索相结合的混合MOEA/D算法,算法中设计了一种基于拥挤熵的种群多样性度量方法;提出了基于简化二次逼近的局部搜索策略,以及针对MOEA/D的种群多样性增强策略。数值实验表明所提算法具有良好性能,可以兼顾算法求解的多样性和收敛性,所提混合框架可有效提升现有多目标进化算法的求解性能。     

#br# 舰船捷联惯导传递对准的改进自适应滤波算法

针对舰船捷联惯导传递对准性能受系统动态模型和噪声统计特性影响的问题,提出了一种基于改进自适应滤波的“速度+姿态”传递对准算法。针对噪声矩阵半正定性问题而导致的滤波发散,对自适应滤波噪声矩阵的迭代算式进行了改进,并基于协方差匹配技术给出了滤波发散的抑制策略。考虑到舰船航行中的载体变形影响动态模型的问题,在状态量中加入了安装误差角和挠曲变形角,并在算法中进行了补偿。仿真结果表明,改进算法可以在100 s之内有效地估计出姿态失准角和安装误差角,完成舰船捷联惯导的快速传递对准。     

可支持多级关键度任务的实时操作系统

为设计可支持多级关键度任务的军用实时操作系统MRTOS,首先分析了现有实时操作系统的调度机制。同时为定量描述任务的关键度,使用时间窗口来描述任务在有限时间范围内的时限错过情况。基于此描述,提出了改进型的最短紧急距离优先调度算法,该算法可保证实时任务仅错过规定数量的时限,能有效支持不同关键度任务同时运行在同一计算机上,同时可在任务量瞬时过载的情况下保证关键任务优先得到执行。最后通过仿真对最短紧急距离优先调度算法进行了例证。