基于GIS与Scoops 3D的水动力型滑坡区域稳定性分析

库岸边坡在库水位变动、降雨等水动力因素的作用下易发生水动力型滑坡,进而威胁库区居民生命及财产安全。以某流域HD和DHQ库段为主要研究区段,在对已有滑坡点进行地质调查和遥感解译的基础上,将ArcGIS的空间分析与三维斜坡稳定性分析模型(Scoops 3D)相结合,对研究区段的潜在滑面进行系统的三维搜索及识别,并基于GIS数据与室内试验等确定计算参数,对天然和暴雨两种工况下的区域滑坡稳定性进行评价比较。结果表明:(1)研究区历史滑坡点分布与基础地质环境、岩土体强度指标参数有很强的相关性;(2)天然工况下,非稳定区主要分布在DHQ坝区、迤场、DH坝址、拉巴铁、宝塔河以及甸尾附近;(3)暴雨工况下,非稳定区面积较天然工况有显著的增大,DHQ坝址、营盘镇、甸尾、HD坝址附近有较为密集的分布;(4)暴雨工况下模型计算的非稳定区与历史滑坡点的分布特征基本一致。由此可见,三维斜坡稳定性分析模型可以较为准确模拟不同工况下滑坡稳定性,且易发程度区分明显,稳定性评价结果在一定程度上反映了研究区段的稳定性时空分布。

基于单片机开发板和3D打印的一种多参数呼吸训练装置的研究开发

目的通过野火骄阳32单片机开发板和3D建模及打印技术进行软硬件开发,实现一种多参数呼吸训练装置的专利样机转化。方法利用野火骄阳32单片机开发板开发应用程序,通过单片机开发板实现流量信号和压力信号的输入,舵机阀、涡轮风机、电磁阀的控制输出与上位机的数据通信等功能;样机非标零部件通过3D建模及打印技术完成制造,并将单片机开发板、标准零部件和非标零部件进行组合以完成样机开发。结果野火骄阳32单片机开发实现了传感器数据采集、运动部件的控制输出、上位机软件的数据上传和接收;3D建模及打印技术实现了非标零部件及机器外壳的制作,以低成本成功制作出样机;样机通过质控仪检测,流量值误差范围为±15%,气道压力值误差范围为±[2%FS(满量程)+4%×实际读数],样机参数精度满足JJF1234-2018《呼吸机校准规范》要求。结论野火骄阳32单片机开发板和3D建模及打印技术的应用,以低成本实现了样机制作,能够为专利的商业转化提供重要参考,为医工专利转化提供了一种新的思路。

自适应组合滤波算法在3D假肢模型中的应用

针对经典统计滤波算法无法自适应选取参数以及传统双边滤波算法难以兼顾保特征和光顺性的问题,提出一种自适应组合滤波算法。首先引入基于局部点云体积的自适应标准差倍数以灵活滤除假肢点云大尺度噪声;在滤除大尺度噪声的基础上,引入一种新的协方差矩阵加权方式,提高估计点云法向的准确性,并通过法向夹角变化程度的均值对特征权重因子进行改进,增强双边滤波因子的保特征性,旨在光顺三维假肢模型小尺度噪声。与单独使用统计滤波、双边滤波相比,所提算法在3个假肢模型的最大误差E_(max)至少降低了5%;平均误差E_(ave)至少降低了6.9%。仿真结果表明,该改进算法在有效剔除假肢模型大尺度噪声的同时又避免了过光顺和去噪不彻底,可以较好地保持模型中的几何特征。

3D打印模型结合翻转课堂在脊柱外科微创培训中的应用

目的探讨翻转课堂联合3D打印模型教学在脊柱外科微创培训中的应用效果。方法选择2020年5月—2022年5月在浙江大学医学院附属第二医院脊柱外科微创中心进修的42名学员为研究对象,随机分为研究组和对照组,研究组21名进修学员采用翻转课堂联合3D打印模型教学,对照组21名进修学员采用单纯翻转课堂方法进行授课讲解。2组学员分别进行了出科考试测验和满意度问卷调查。结果2组进修学员培训前检测成绩、微创理论知识成绩,差异无统计学意义(P>0.05)。研究组学员在培训结束后其出科脊柱微创临床知识成绩及微创基本技能操作、微创手术技巧提高和总体满意度均高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论应用3D打印模型教学结合翻转课堂可明显提高脊柱外科进修学员的学习质量和总体满意度,提升脊柱微创培训的效果。为脊柱外科微创培训的一种新型教学模式。

基于3D打印模型的案例教学方法在气管插管教学中的应用

目的探讨基于3D打印模型的案例教学方法(case-based learning,CBL)在气管插管教学中的应用效果。方法采用整群抽样方法,选取2019年1月—2022年1月在浙江省丽水市人民医院进行临床实习的温州医科大学2015级、2016级、2017级五年制临床医学专业80名学生为研究对象。采用随机数字表法,将80名学生分为试验组和对照组,每组40名学生。试验组学生采用基于3D打印模型的案例教学方法,对照组学生采用传统教学方法。教学结束后,通过理论知识、操作技能考核成绩和问卷调查结果,比较两组学生各自教学方法的实施效果。两组学生按照不同级次分批进行教学和考核。结果理论知识考核结果显示,试验组学生成绩[(45.23±2.66)分]优于对照组学生[(40.94±3.41)分],其差异具有统计学意义(P<0.05);操作技能考核结果显示,试验组学生成绩[(48.26±2.33)分]优于对照组学生[(42.89±3.25)分],其差异具有统计学意义(P<0.05)。问卷调查结果显示,在学习兴趣、学习效率、主动的互动、知识掌握程度、总体教学满意度5个方面,试验组学生的评分均高于对照组学生,其差异均具有统计学意义(均P<0.05)。结论基于3D打印模型的案例教学方法,与传统教学方法相比,可以为学生带来全新的立体视觉感受和模拟体验,有助于提高学生的学习兴趣和效率,有助于学生将理论知识和操作技能掌握得更加牢固,教学满意度更高,值得进一步深入研究与推广应用。

3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用

为提升复杂结构舰船管系的设计灵活性,研究3D打印技术在舰船管系三维建模设计中的应用。利用CAD软件建立舰船管系的二维模型,依据舰船管系三角面片的交线段,确定舰船管系的点、线、面关系,将其转换为舰船管系三维模型。将舰船管系三维模型,导入切片软件中,利用切片引擎运行3D打印切片引擎增强处理算法,切片处理舰船管系三维模型,输出舰船管系三维模型的Gcode代码文件。将Gcode代码导入3D打印机,采用Z字填充法填充舰船管系3D打印材料,实现舰船管系模型的3D打印。实验结果表明,该方法可以精准打印舰船管系三维模型,打印结果的尺寸偏差小,提升了舰船管系设计的灵活性。

InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型在排水体系中点源污染溯源研究

城市排水的点源污染是引起黑臭水体的重要原因之一,该研究借助多元监测体系获得的水质数据,结合InfoWorks ICM-Delft 3D耦合模型及差分进化算法(DE)构建了污染溯源模型。以中山市某区域为研究对象,验证了耦合模型与DE算法对污染溯源的有效性。研究表明,连续排放污染源的位置、流量、污染物浓度的溯源精度较高,相对误差均在±0.12的范围内,并且污染溯源精度随着污染源流量增大而下降;随着污染流量增大,瞬时排放污染流量与浓度溯源的相对误差逐渐减小,模型对高流量污染事件的溯源精度较高。该模型体系的构建和应用为城市排水点源污染的溯源提供了科学指导。

基于深度学习与点云数据的3D检测系统应用研究

为了解决高低差场景中平坦度高的2D视觉检测乏力的问题,基于深度学习和点云数据处理平台,融合3D点云格式图像和深度学习技术,建立微米精度、在线检测、成本可控的3D检测架构机制。采用相移和光栅投影结构光技术的硬件方案获取3D点云原始数据,基于强大的CPU和GPU处理芯片,对经过被测物体调制的光栅图案进行重新编码,并结合标定参数解算3D点云数据。对2D深度学习模型进行升级开发,可对点云数据进行标注、学习训练和检测,并将3D硬件、3D软件和3D算法进行整合。实验结果表明,所提系统有利于3D缺陷检测系统的落地,为智能3D检测设备奠定算法和软件基础。

基于Unity 3D的农业机械虚拟拆装驾驶仿真平台开发

为实现农业机械学课程农业机械结构虚拟拆装与驾驶教学,应用Solidworks和3Ds Max创建与农业机械学课程教学内容匹配的农业机械三维模型,基于Unity 3D、结合X Dreamer可视化编程与C#脚本编程,开发人机实时交互农业机械拆装驾驶虚拟仿真开源平台。构建了平台总体框架与界面层级,阐释了平台操作页面、虚拟拆装模块、虚拟驾驶模块的设计流程与主要程序代码。用户可以在该仿真平台上进行虚拟拆装、虚拟驾驶和场景漫游,直观深入地掌握农业机械的复杂结构和运行原理等核心知识点,实现理论知识与实践知识的高度融合。该研究为虚拟拆装与驾驶教学仿真平台的开发提供参考。

基于3D还原模型的驾驶舱眼位点反推

为获得飞机驾驶舱眼位点数据,本文研究了驾驶舱眼位点的反推。首先,通过建立某综合程序训练器的3D还原模型和简易飞机驾驶员模型,反推实际眼位点;其次,对实际眼位点和标准要求的参考眼位点进行对比分析,得到预测误差;最后将真实驾驶舱实测数据与该训练器数据进行对比分析,得到实际误差进行验证。结果表明:预测误差与实际误差相符,在纵向上预测误差为105.2 mm,实际误差为80 mm,在垂直和水平方向上存在细微误差。通过3D还原模型反推眼位点的方法能够反应综合程序训练器与真实驾驶舱之间存在的误差,可作为综合程序训练器鉴定等工作的参考依据。

沉浸式3D虚拟仿真实验平台构建

为解决传统实践教学在时间、空间上的局限性,增强实践教学的互动性,以虚拟智慧城市中的物联网创新应用为研究对象,结合虚拟现实技术,在实验内容和教学模式中融入价值创造和创业素养,构建融入“创新实验路径”和“多层次综合实验项目”的物联网专业沉浸式3D虚拟仿真实验平台。采用布鲁姆教学目标分类法设计3D虚拟仿真实验教学目标,并按照IAPVE的实施模型,构建基于3D虚拟仿真实验平台的教学实施模型和考核评价模型。实施结果表明,该3D虚拟仿真实验平台及教学实施和考核评价模型可指导实践教学改革,实现学生综合能力的全面协同提升。

基于中望3D的安全头盔三维建模

佩戴安全头盔对于保障驾驶员的生命安全具有重要作用,为保障骑行的安全性,安全头盔的设计生产尤为重要。中望3D是一款功能强大的一体化软件,基于中望3D软件平台,选取安全头盔为建模对象,对安全头盔进行详细的建模过程分析,以期为企业缩短研发周期及后续研究提供重要的参考价值。

基于关键视图的文本驱动3D场景编辑方法

基于去噪扩散模型的零样本图像编辑方法取得了瞩目的成就,将之应用于3D场景编辑可实现零样本的文本驱动3D场景编辑。然而,其3D编辑效果容易受扩散模型的3D连续性与过度编辑等问题影响,产生错误的编辑结果。针对这些问题,提出了一种新的文本驱动3D编辑方法,该方法从数据端着手,提出了基于关键视图的数据迭代方法与基于像素点的异常数据掩码模块。关键视图数据可以引导一个3D区域的编辑以减少3D不一致数据的影响,而数据掩码模块则可以过滤掉2D输入数据中的异常点。使用该方法,可以实现生动的照片级文本驱动3D场景编辑效果。实验证明,相较于一些目前先进的文本驱动3D场景编辑方法,可以大大减少3D场景中错误的编辑,实现更加生动的、更具真实感的3D编辑效果。此外,使用该方法生成的编辑结果更具多样性、编辑效率也更高。

计算机图形建模与3D打印技术要点探讨

在如今的工作生活中,计算机图形建模与3D打印技术的应用愈发普遍。图形建模技术可依托于三维空间对物体进行精确描述、模拟,为设计师、工程师等人士提供强大工具,帮助其直观、高效地进行设计和创新。3D打印技术则能将数字模型转化为真实物理产品,实现从虚拟到实体的转变,为各领域的行业革新提供助力。

基于FDM工艺的多功能3D打印机结构设计

该文针对传统3D打印机对于零部件的打印精度、加工效率以及许多异形曲面结构打印难以达到加工需求,且设备在运作时还会发热振动,产生噪音等问题进行优化,采用Creo软件设计一种基于熔融沉积制造(FDM)工艺且具备打印、打磨、清扫功能的3D打印机,并对多个零部件3D模型进行仿真和力学分析,分析喷头的温度场分布及五孔连接盖板、脚垫支架的受力分布。结果表明,该设计可实现减少耗材,降低发热振动,有效提高打印精度,缩短打印时间,结构稳定合理,具有较好的推广应用价值。

支具无支撑快速3D打印的变层高规划及路径补偿方法

支具的快速个性化制造对3D打印支具提出了无支撑成型的需求。在无支撑打印过程中需要改变沉积方向,对应在分层时就需要改变切平面方向,使切平面之间产生夹角。若夹角过大会产生阶梯现象;若夹角过小,相邻两切平面之间无更细分的切平面,使相邻两切平面之间的模型就无法进行分层,导致打印时部分模型缺失;这2种情况都会对支具打印的力学性能和表面质量造成消极影响。针对这一问题,提出了支具无支撑快速3D打印的变层高规划及路径补偿方法。通过对支具模型中轴线的提取和基于中轴线分层规划避免阶梯现象;对由于切平面变化造成的模型缺失进行补偿量的计算,并采用变层高的路径规划方式进行补偿,保证支具的力学性能和表面质量;最后生成供五轴打印机打印的Gcode文件。采用手肘支具模型进行路径仿真和打印实验,该支具打印方法的力学性能比优化前提升了3.74倍,同时也提升了表面质量,实现了支具无支撑快速3D打印。

3D打印速度对铸造蜡成型翘曲变形的影响

通过快速模具制造可打印熔模铸造用的蜡模,缩短生产周期,提高生产效率。但在实际成型过程中,由于制件不同位置的温度分布不均,会造成内应力差异,导致制件翘曲变形,进而对制件的成型质量产生较大的影响;而且,受3D打印速度和沉积层数等成型参数的制约,较难在降低制件翘曲变形程度的同时提高成型效率。有鉴于此,文中通过建立成型制件翘曲变形的数学模型,并结合实验设计与数学计算等方法,探究打印速度对铸造蜡直写成型翘曲变形程度与打印效率的影响机制。实验结果显示:在一定打印速度下,试样翘曲值随沉积层数的增加而减小,且随着打印速度的不断增加翘曲值逐渐变大;成型打印速度越高,不同试样的打印耗时越接近于某一稳定值,表明打印速度对成型效率的影响随打印速度的增加而降低。文中还通过对成型翘曲变形和打印效率分别赋予权重系数,建立了表面轮廓最佳打印速度连续函数模型,并验证了模型的有效性。研究结果表明,基于铸造蜡成型翘曲变形建立的最佳打印速度连续函数模型可在降低翘曲变形的同时提高打印效率。

3D打印混凝土界面力学行为及其对材料弹性常数影响的数值分析

应用复合材料细观力学分析理论,提出了基于界面模型的3D打印混凝土(3DPC)各向异性数值模拟方法,定量揭示了层、条界面力学行为及其对3DPC各向异性弹性常数的影响规律。采用界面单元和连续体单元相结合,模拟界面滑移开裂行为与基体的力学性能,设计单轴压缩、劈拉、十字交叉拉伸和斜剪试验确定模型所需参数及相应取值范围。结果表明:界面拉伸和剪切张力-位移曲线均呈双线性特征,条间界面强度总体高于层间;界面剪切行为在两个剪切主方向上无显著差异;条间和层间弹性模量对整体弹性模量具有线性影响,对整体泊松比具有指数函数影响,条间和层间界面剪切模量对整体剪切模量具有综合影响。

基于轻量型移动测量系统的地外熔岩管3D探测与地表验证

熔岩管广泛存在于地球及地外天体,可为人类未来登陆地外天体提供天然庇护,地外熔岩管探测具有重要意义。然而,熔岩管探测存在许多挑战,已有的地球熔岩管探测方案设备不便携、自动化程度和工作效率低,难以用于地外熔岩管探测。针对上述问题,提出一种基于轻量型移动测量系统的熔岩管3D探测方法,利用穿戴式设备实现高效精细的地图构建和三维形态表达,并通过地球熔岩管探测进行验证。首先利用激光扫描高效获取熔岩管内点云,并基于迭代卡尔曼滤波算法生成熔岩管3D点云实时地图。然后结合地面滤波、管道壁提取、法向量估计等点云智能处理方法,实现熔岩管的三维智能化重建,并作形态学分析。选取海南省海口市的仙人洞及七十二洞作为地外熔岩管的模拟场景进行实验,结果表明,所提方法实现了熔岩管3D实时自主测图,生成的点云地图及3D模型相比于已有研究结果更精准、地貌形态细节信息更多,可更好地满足熔岩管的形态分析需求,有望为地外熔岩管探测提供基础。

多组分多层级3D打印材料研究进展

多组分多层级3D打印材料(McMl3DPMs)是一种新兴的先进材料,源于多孔材料、复合材料和增材制造的融合。由于增材制造赋予了Mc Ml3DPMs三维架构跨越广泛组分构成和结构类型的能力,Mc Ml3DPMs拥有杰出的机械性能,甚至是通常被认为相互排斥的性能(例如高强度和高韧性)。本文重点介绍为了实现高性能结构用Mc Ml3DPMs所必须解决的科学挑战以及最近研究工作对此做出的努力,将从结构设计、制造过程建模、缺陷表征和性能评价3个方面对相关案例进行回顾。最后,本文指出了当前研究的不足之处,并展望了Mc Ml3DPMs的未来发展,包括讨论了进一步推进这一新兴领域发展的几个可能的研究方向。