Uniform design over a convex polyhedron

A new method, called the simplex method, is proposed to generate the uniform design over a convex polyhedron in n-dimensional Euclidean

Collision Detection between 3-D Convex Polyhedra

ＣｏｌｉｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎ３－ＤＣｏｎｖｅｘＰｏｌｙｈｅｄｒａＺｈｕＸｉａｎｇｙａｎｇ（朱向阳）ＺｈｏｎｇＢｉｎｇｌｉｎ（钟秉林）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅ...

考虑形状偏差的公差多面体建模与分析

采用理想表面模型或未考虑形状偏差进行公差建模与分析往往导致零件装配产生干涉风险或装配精度得不到保证。针对该问题,首先基于半空间和多面体的定义将零件特征几何偏差以向量的形式表示,根据尺寸公差带约束构建了零件层的公差多面体不等式组。其次,以理想表面构建装配层公差多面体不等式组,通过使用装配优化函数对装配接触面参数进行调整,将形状偏差纳入公差模型中,从而构建了基于非理想表面的公差多面体不等式组。最后,以铣刀座装配体进行了实例研究,建立了该装配体的各偏差传递路径的公差多面体凸包,并使用闵可夫斯基和依次求解,然后进行交集运算得出目标环偏差值;手工调整公差值并重新计算,直至分析出的目标环偏差值满足初始精度设计需求。

基于三维细观模型的全级配混凝土静态力学性能的数值模拟

根据混凝土材料的细观组成和力学特性,研究了骨料几何形状和空间分布规律,建立全级配混凝土三维凸多面体随机细观模型,引入了混凝土细观组份材料的本构模型,分别模拟了单轴、双轴和三轴状态下混凝土的静态力学性能,并建立混凝土梁的三维宏细观分析模型,研究了三点弯曲梁的变形及裂缝扩展情况。结果表明,本文建立的细观力学模型的计算结果与实验数据吻合较好,可以较好地模拟各种复杂应力条件下混凝土的静态力学性能和损伤破坏机理。

凸多面体连续碰撞检测的运动轨迹分离轴算法

针对凸体间的连续碰撞检测,在距离算法(Gilbert-Johnson-Keerthi distance algorithm,GJK)基础上,提出一种采用运动轨迹分离轴计算的线性连续碰撞检测算法.该算法首先采用支撑点和投影技术,剔除必定不发生碰撞的物体,以加速碰撞检测的速度;然后,对可能发生碰撞的物体,计算2个凸体的Minkowski差集,所形成的凸包与运动路径执行GJK分离轴算法,实现在整个时间区间内一次性完成碰撞检测任务;最后,采用几何方法以及超平面与射线求解方式计算射线与凸体边界近交点,确定出第一次发生碰撞位置,并调整运动物体位置,完成碰撞响应过程.该算法不需要构造扫掠体,连续检测过程中不需要凸体间的求交计算.将文中算法应用于物体方向包围盒的连续碰撞检测,算法分析和实验结果表明,该算法对包围盒的连续碰撞检测具有较高检测精度和响应速度.

化工过程约束优化控制的可行性分析及约束处理

在化工领域过程控制中,普遍存在着各种对输出变量、输入变量甚至中间变量的约束。不同约束条件之间的矛盾会造成约束条件无法全部满足,优化控制器无可行解,给实际生产造成负面影响。从凸体几何角度,将化工生产过程中约束优化控制的可行性判定转化为凸多面体是否相交的问题,将不可行时合理的约束处理方案转化为一系列线性规划或非线性规划问题,提出无需人为参与的自动进行约束优化控制可行性分析和约束调整的算法。Shell公司提供的重油分馏塔典型案例实验证明,该算法能够在约束优化控制不可行时自动有效地进行合理的约束调整,超调量小,控制作用变化平缓,且有一定控制裕量。

碰撞检测中计算两凸多面体间最短距离的算法研究

提出了一种计算两凸多面体间最短距离的算法.该算法用物体三维空间顶点坐标的凸包表示凸多面体,采用非线性规划方法来计算两凸多面体间最短距离,并通过最短距离来判断两凸多面体是否发生碰撞.实例证明这种方法的有效性.

凸多面体碰撞检测的棱线投影分离算法

针对凸多面体碰撞检测问题,以直线投影法为基础对分离面投影法进行改进,提出一种采用棱线投影分离的凸多面体实时精确碰撞检测算法.首先分析了凸多面体各种相对位置关系并提出了投影分离线的概念,针对凸多面体的各种分离情况证明投影分离线的存在;其次选取凸多面体相向面上的棱集构造准投影分离线,通过沿着准投影分离线方向投影可将3D凸多面体碰撞检测降维为2D凸多边形的碰撞检测问题;最后将分离投影的思想延用至为2D凸多边形的碰撞检测,再次将2D问题降维为1D问题.算法分析和实验结果表明,该算法对于凸多面体碰撞检测具有较高的响应速度和检测精度.

基于遗传算法的凸多面体间碰撞检测算法研究

将两凸物体间碰撞检测问题归结为一个带约束条件的非线性规划问题.对该问题进行适当的处理后,利用遗传算法对该问题进行求解.实例表明,遗传算法对该问题的求解比用传统的方法求解具有更高的计算效率和更快的计算速度.

基于边／面遮挡关联性的多面体凸剖分方法

提出一种多面体凸剖分的方法,与国际上已有的工作相比,在计算速度、空间需求和新增顶点等方面均降低了复杂度,有大幅的效率提高,且在处理凹边很多的多面体时具有更大的优越性.其工作步骤是根据多面体的面、边沿某些方向正投影时面与面之间、边与边之间的遮挡关系进行局部化操作,以渐进地凸剖分多面体.它对应用中的常见模型表现出的时间复杂度、空间复杂度皆近似为O(n),而新点数不超过O(r+n^(0.5)),这里,n为模型的点数,r为凹边数.实验结果表明,与目前国际上常用的"切割分裂"方法相比,新方法的速度提高了14～120倍,空间下降至"切割分裂"方法的1/2.3～1/7.4,而新增加的点数则最多为"切割分裂"方法的1/28,甚至有些情况下无须增加新点就能完成凸剖分.新方法剖分出的凸多面体绝大多数是四面体,多于"切割分裂"方法所得凸多面体数量.但是,很多应用是要求多面体被剖分为四面体的.如果进一步将凸多面体四面体化,则新方法的结果个数将明显少于"切割分裂"方法,因为新方法的剖分过程中所增加的新点要少很多.新方法还能方便地处理包含空洞的多面体,甚至是包含孤立面、孤立边和孤立点的非流形多面体.

基于面向对象八叉树的虚拟漫游碰撞检测

借助面向对象概念,根据层数和叶结点链表个数上限来构建存储场景物体信息的高效八叉树。每个叶结点指向记录对应空间区域内物体信息的链表,每个空间物体信息链表按照其对象大小降序排列。在逐步求精阶段用降序包围球遍历链表进行检测,然后根据凸多面体剖分算法,使用主从MPI模式并行处理以实现精确碰撞检测。该方法利用物体空间位置关系进行碰撞检测,毋需存储大量空间物体三角面片。在基于粒子系统的土壤可视化漫游中的运行结果表明,该方法精度高、实时性好,具有一定的研究和应用价值。

输入变量关联约束对约束优化控制的影响特性分析

过程工业控制中除了存在常见的输入变量和输出变量幅值高低限约束,由于工艺或者控制的需要也可能具有关于输入变量线性函数的关联约束.不同约束条件之间的矛盾可能会造成约束条件无法全部满足,失去了实施预测控制的基础.从凸体顶点角度,将具有输入关联约束的约束优化控制的可行性判定转化为凸多面集是否非空的问题.为保证具有输入关联约束预测控制的有效实施,本文将输入关联约束纳入到预测控制控制律的求解当中.基于Newton控制框架,考虑具有输入关联约束条件下,得到基于区间控制思想的预测控制律的解析表达式,从而分析输入关联约束条件对控制的影响.通过典型系统模型的控制仿真实验,验证以上方法的有效性.

基于成功回路的凹多面体的剖分算法

提出了一种对任意凹多面体不添加顶点的凸剖分方法,该算法首先把凹多面体抽象为无向图,无向图的顶点为多面体的顶点,边为多面体的棱和对角棱,权值为棱或对角棱的长度,然后根据普利姆算法构造最小生成树的思想来构造一个成功回路,利用该回路对多面体进行剖分。重复执行此过程,直到剖分后的所有多面体都是非凹的。该算法能够对多面体进行不添加顶点的剖分,同时可以对任意凹多面体多面体进行剖分,包括含有空洞的凹多面体。

一类非均匀骰子的概率问题

利用平面角的概念研究了正常凸多边形一边着地的概率,进一步利用立体角的概念研究了正常凸多面体一面着地的概率并举例进行了计算.

基于非线性规划的凸多面体间碰撞检测算法

为了提高碰撞检测算法的速度,提出用顶点的凸包表示凸多面体,将两个凸多面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。利用模拟退火的接收准则进行交叉、变异,降低了时间复杂度。结果表明,模拟退火遗传算法计算效率高、速度快。

空间散乱点集Delaunay四面体剖分切割算法

提出最大空圆凸多边形和最大空球凸多面体的概念 .在此基础上 ,提出一种空间散乱点集 Delaunay四面体剖分算法 ,即对空间散乱点集首先进行最大空球凸多面体剖分 ,然后在多面体内部作 Delaunay四面体剖分 .这种方法消除了“退化”现象 (平面 3个以上点共圆或空间 4个以上点共球面 )引起的潜在错误 .最后分析了一类常见的

凸多面体线消隐算法的研究与改进

为使三维形体有较强的立体感,物体因自身遮挡和物体间的相互遮挡产生的线段就必须被消除。在研究了三维几何形体消隐算法中的线消隐算法之后,针对传统的凸多面体线消隐算法存在计算量大、消隐时间长、效率低的缺点进行改进,在原来线消隐算法的基础上加入包围盒的最大最小测试方法和深度优先排序方法。算法使用C++编程实现,实验证明算法的时间复杂度由原来的N2降低为N,大大提高了消隐效率。

非正常凸多面体及凹多面体的落地概率

通过研究非正常凸、凹多边形板着地后的特点,得出了非正常凸多边形板及凹多边形板各边着地的概率.进而用立体角的概念,在分析非正常凸、凹多面体着地的特点后,得到了非正常凸多面体及凹多面体各面着地的概率.

不确定状态饱和线性系统的鲁棒稳定性分析

研究不确定全状态饱和与部分状态饱和连续线性系统的稳定性.假设不确定性为凸多面体不确定性.首先应用凸域法将状态饱和函数表示成线性函数的凸组合,然后利用Lyapunov方法给出相应系统在原点处全局渐近稳定的充分条件,并将其转化成线性矩阵不等式(LMI)形式,使问题的解决更简便易行.最后通过数值算例验证了所得判别条件的有效性.

凸多面体的快速形态和算法

在研究传统形态算法的基础上 ,将凸多面体的形态和算法简化为面与面的形态和 ,结合三维物体的法矢球模型 ,引入参考平面的概念 .参考平面将三维空间的凸多边形分解成两部分 ,分别计算对应的两部分的形态和 ,并去掉重复边和面 .提出一种凸多面体的快速形态算法 ,与传统方法相比 ,该方法简单、直观 ,算法效率可提高 6～10倍 .实验证明 ,该方法是可行的。