基于建筑图纸的三维重建技术研究进展

基于建筑图纸的建筑物三维重建是计算机图形学和人工智能领域的重要研究方向.文章系统分析了三维重建技术研究现状,介绍了重建过程的一般流程,包括建筑图纸的轴网识别,柱、梁、板及其它符号的识别,总结目前图纸理解与识别技术的研究成果、存在的主要难点、发展趋势及产业界的相关进展,最后提出该领域进一步的发展方向.

点绘制技术的研究

对于形状复杂且不规则的物体,点绘制能实现高的绘制效率,还能获得高质量的绘制效果。该文讨论了点绘制方法的基本原理和基本绘制管道以及点绘制方法的硬件实现,并对今后研究和发展的方向进行了展望。

基于混合区域法的质子交换膜燃料电池的计算模拟

利用一个新的混合区域法对质子交换膜燃料电池进行了模拟计算。这个新方法是建立在一套完整的守恒方程基础之上的。它包括了质量守恒、动量守恒、化学组分守恒、质子和电子守恒、水容量在交换膜中的守恒等。在这个混合区域法中，水浓度守恒方程只是在电池两极的气道、气体扩散层和催化层中求解，而在质子交换膜中，求解了一个水容量守恒方程。这2个方程通过内部边界条件在交换膜和催化层的交界面相连接。另外，在催化层中求解水浓度守恒方程时，还利用了一个“假象的水浓度”的概念。从而可以准确地考虑水在膜介质中的传递。这个方法适用于质子交换膜燃料电池的三维计算模拟，其计算区域包括电池两极的双极板、气道、气体扩散层和催化层、以及中间的质子交换膜。研究表明这个新方法可以给出比单区域法更准确．曼合理的计算结果。

大规模立体显示墙系统的构建

从硬件选择、几何校正、边缘融合、颜色校正和软件环境等5方面系统地研究了构建大规模立体显示墙系统的关键技术.采用并行绘制技术和基于计算机视觉的自动校正,由Linux集群驱动多台普通投影仪拼接成一个统一的高分辨率、大规模的被动立体显示系统.

前沿推进曲面四边形网格生成算法

将一类前沿推进三角形曲面网格生成算法拓展到曲面四边形网格生成。新算法逐个单元推进前沿,避免了铺路法(Paving)逐排推进方式的鲁棒性问题,针对四边形算法在理想点计算、候选点列表构建和新单元生成等环节存在的特殊技术问题给出了系统的解决方案。数值实验表明,本文算法能针对复杂的组合参数曲面自动生成全四边形网格,网格质量优于某有限元软件的结果。

几何自适应参数曲面网格生成

为满足有限元分析的需要,针对参数曲面提出一种几何自适应的网格生成方法.通过黎曼度量控制下的曲面约束Delaunay三角化获得曲面中轴,将其用于自动识别曲面邻近特征,并通过曲率计算自动识别曲率特征;根据邻近特征和曲率特征,融合传统网格尺寸控制技术控制边界曲线离散,并创建密度场;结合映射法和前沿推进技术对组合参数曲面生成几何自适应的网格.实验结果表明,该方法能够处理复杂的几何外形,生成的网格具有很好的自适应效果和质量.

高端数字样机系统的前处理用户环境

前处理是数值模拟的主要性能瓶颈,高端数字样机HEDP(High End Digital Prototyping)系统的前处理用户环境HEDP/Pre包含几何处理、网格密度定义及网格生成等三个模块,结合图形交互式界面等可视交互工具,为满足前处理的诸多共性需求提供了一类适用的解决方案,其有效性已在多领域的数值模拟实践中得到初步验证,对类似软件系统的实现具有参考价值。

软土地基上路堤填筑的破坏性状分析

在软土地区建设高速公路、铁路等的填筑路堤越来越多,由于软土的不排水抗剪强度较低,软土地区路堤的填筑十分困难,而软土地基的渗透性很低,通常认为路堤的填筑是在不排水条件下进行。经典的设计方法是基于极限平衡法,无法考虑变形等因素,因此,能综合考虑稳定及变形等因素的有限元方法成为分析此类问题的一种有效手段。依据连云港铁路路堤在软土地基上的填筑试验资料,采用大变形有限元方法及Mohr-Coulomb模型,采用现场试验得到的土体强度值,对平面应变条件下路堤填筑的破坏性状及极限填筑高度等进行了分析,并对比了有限元分析结果及现场试验结果,结果表明,采用大变形有限元方法能够较准确的得到填筑路堤的极限高度,并有效地分析填筑路堤的破坏性状。

适应复杂外形的三维粘性混合网格生成算法

提出一类适应复杂外形的粘性混合网格生成算法。表面网格由前沿推进三角形曲面网格程序获得,边界层布置各向异性的三棱柱体网格,远物面区域采用Delaunay方法生成四面体网格。针对模型的复杂几何特征,综合采用了各种网格处理技术,以保证边界层网格的质量,并避免算法失效问题。网格实例及计算结果表明了本文算法的实用性及和效性。

复杂外形的非结构四面体网格生成算法

本文改进一类经典的三维Delaunay网格生成算法,给出鲁棒的Bowyer-Watson增量插点内核;针对保形边界恢复和约束边界恢复难题提出完备的解决方案。结合光滑化和拓扑变换,对初始Delaunay网格进行后处理,提升了最终网格的几何质量。实验表明,本文算法鲁棒可靠,可用于复杂外形飞行器的高质量计算网格生成。

二维自适应前沿推进网格生成

针对二维平面问题,通过曲率计算和基于中轴理论的邻近特征计算控制区域边界曲线的离散;修改经典的前沿推进算法,利用边界驱动的单元尺寸控制方式在区域内部布置疏密过渡合理的三角网格;结合几何和拓扑策略提升网格质量。实验表明,上述算法可生成单元质量高、尺寸过渡合理的计算网格。

基于二叉树的上下文相关L-系统实现

从底层数据结构的角度讨论了上下文相关L-系统实现中的几个关键问题.结合L-系统的语法,解释了以二叉树为底层数据结构的新系统设计机理,提出了生长方式树和生长状态树的概念,给出了新的数据结构形式下生长状态演化算法的实现.与采用线性数组实现的L系统相比,新系统很好地模拟了L-系统本身的树形逻辑结构,简化了L-系统中上下文搜索的过程,在生长模拟环节有更高的时空效率,且具备更好的可扩展性.以虚拟植物生长为背景,介绍了如何基于新数据结构进行虚拟植物绘制和绘制优化,并通过实例验证了新算法的有效性.

并行平面Delaunay网格生成

基于一个通用的并行平面网格生成框架,实现了高效、可扩展的并行平面Delaunay网格生成器PDMG-2D,它能利用中等规模并行资源在几分钟内生成包含上亿三角形单元的平面网格.针对传统并行网格生成方法在将子域映射到多个处理器上进行处理的过程中不考虑子域间邻接关系,从而导致生成的各处理器网格之间共享节点数过多,通信量巨大,而必须进行大规模网格重划分的问题,根据子域邻接关系定义了子域图(SDG),提出了子域负载预估和动态图划分方法,在并行网格生成的同时得到了高划分质量的分布式网格,有效降低了网格重划分所引起的性能代价.实验证明,PDMG-2D具备很好的可扩展性、有效性和稳定性,与传统方法相比,在大幅减少时间消耗的同时,生成了高划分质量的分布式网格.

基于移动粒子半隐式法的表面张力模拟

采用移动粒子半隐式法(MPS)模拟了受表面张力影响的自由面流动。表面张力的计算采取了一种较适合于MPS方法的表面自由能模型。方形液滴振荡和射流断裂的模拟结果分别与理论分析和试验结果一致,同时进行了三维射流注水模拟,从而验证了MPS方法结合该表面张力模型可以有效、方便地进行自由面流动中表面张力现象的模拟。

自适应复杂环境的投影图像校正算法

为实现投影仪在任意表面上的自适应投影,提出一种可以在日常环境光照条件下进行自动几何校正和色彩补偿的投影图像校正算法.该算法使用基于二进制编码结构光的离散映射集合方法,通过计算对应像素映射关系消除投影图像的几何畸变;然后应用一种优化的朗伯特反射模型构造投影表面的纹理空间,对原始投影图像进行预处理和全局亮度补偿,最终实现投影图像的颜色补偿.实验结果表明,基于文中算法在复杂环境中进行投影,可以在不规则几何表面上投影出符合视觉期望的无变形图像,并能够有效地消除投影表面固有纹理和环境光照对投影图像的干扰;将自适应复杂环境的投影图像校正算法应用于传统投影机摆脱了投影机对投影幕布的依赖,可以在任意环境中实现近似于白色平板幕布的投影效果.

全四边形有限元网格的拓扑优化策略

基于有限元网格的局部拓扑结构,给出一些非结构化全四边形有限元网格的拓扑优化策略,这些策略被组织成“型-操作”的形式.型是指一类满足一定约束条件的局部区域网格,而操作则是指与特定型相对应的拓扑变换,它能优化局部网格中节点的度值,从而优化局部网格质量.这些策略可分成针对网格内部单元和针对网格边界单元2类.实验结果表明,这些策略能较好地改善四边形网格的质量.

弹塑性土质边坡再生核质点法分析

针对土质边坡的稳定性问题,提出了利用无网格法中的再生核质点法(RKPM)进行弹塑性分析的方法.在介绍RKPM基本理论的基础上,探讨了其近似函数的建立与有限元法的区别,并用Galerkin法对控制方法进行了离散.针对边坡稳定的平面应变问题,假设工程土性质符合Drucker-Prager本构关系,基于相关联流动法则,采用强度折减系数法得到了土质边坡在自重作用下的安全系数和失稳变形形式.结果表明,采用该分析方法能克服数值计算中网格畸变,得到的安全系数与极限平衡法结果接近,并能直观反映边坡失稳时的变形状态和形式.

改进的M/T法在电机测速中的应用

转速控制系统中,电机转速作为反馈量构成闭环控制。因此,电机转速测量的精度对控制系统性能有着至关重要的作用。文章采用基于一种精度得到较大提高的改进M/T法理论来设计的单片机来测量电机速度。在变频器控制电机中的实验结果表明,使用改进的M/T法测量精度高,测量范围广。

一种网格并行任务执行时间预测算法

广泛研究了网格环境中并行任务执行时间的预测方法,提出了一种基于案例和人工神经网络的预测算法。该算法充分利用了历史有效信息,尤其是对于同一个任务的多次求解而获得的相似记录,通过建立任务特征模板,将历史任务,即案例进行分类,并利用指数平均值或者线性回归方法进行预测。但是由于网格环境的复杂性,以及有限元求解器在求解问题时的复杂性,导致相似性很难定义,在无法根据模板找到相似性案例的时候,利用人工神经网络预测方法进行预测。该算法在面向多学科应用的模拟与可视化环境中进行了实验,证明该方法具有较好的预测性能。

面向STL模型的几何自适应曲面网格生成

采用保特征的模型分解方法将STL模型分割为多个子域,并为每个子域构建参考平面,将一类基于映射思想的前沿推进曲面网格生成算法应用于子域网格生成。在子域上构建G1连续的三角Bernstein-Bézier曲面,利用曲面的方向导矢计算子域的黎曼度量,在黎曼空间生成参数平面网格,以消除映射畸变。考虑曲面曲率和邻近特征计算边界采样点尺寸,利用采样点的Delaunay三角化为背景网格建立几何自适应尺寸场,通过尺寸场光滑化确保不同尺寸网格之间的合理过渡。数值试验表明,算法能针对复杂的STL模型生成高质量的自适应网格。