基于几何网格的交互式纹理合成方法

几何网格可以将用户控制设计带入到纹理的合成和编辑中,并且可以为合成结果带来丰富的变化.针对目前几何网格方法中不能结合用户控制信息与样图结构信息快速高效地合成结果的问题,提出一种交互式并行合成方法.首先分析用户控制图得出无缝网格;再对无缝网格进行简单拼接形成初始的结果网格,并通过对其节点位置进行优化来去除网格重复性得到结果网格;在此基础上,利用像素的距离特征和纹元块匹配对结果纹理进行初始化;最后结合像素的方向特征和GPU的并行计算能力合成出结果纹理.实验结果表明,采用该方法用户可以交互地进行纹理的设计与合成,并且得出很好的合成效果.

二次Lagrangian有限元方程的几何多重网格法

为了构造快速求解二次Lagrangian有限元方程的几何多重网格法,在选择二次Lagrangian有限元空间和一系列线性Lagrangian有限元空间分别作为最细网格层和其余粗网格层以及构造一种新限制算子的基础上,提出了一种新的几何多重网格法,并对它的计算量进行了估计.数值实验结果,与通常的几何多重网格法和AMG01法相比,表明了新算法计算量少且稳健性强.

基于几何多重网格预条件技术的三维大地电磁高效正演模拟

几何多重网格法(GMG)将细网格上的大型稀疏矩阵的求解转化为较粗网格上的更容易求解的问题,从而快速求解大型稀疏方程组.但是由于大地电磁法(MT)正演模拟中涉及双旋度算子,传统GMG无法有效平滑高频误差导致其收敛慢甚至发散.为此,我们引入了四色分块高斯赛德尔法(GS)作为平滑算法,该算法局部满足电流散度为零的条件,无需额外的散度校正且具有高度并行性,可以显著提高GMG的收敛效率.但是随着系数矩阵各向异性(比如电导率的强烈变化等)增加,GMG收敛速度会变慢.Krylov子空间求解法如稳定双共轭梯度法(BiCGstab)可以改善这种收敛变慢的问题.因此,在本文中针对交错网格有限差分法(FDM)提出了一种结合四色分块GS平滑算法GMG和BiCGstab的MT高效正演模拟方法.在该方法中,将四色分块GS平滑算法GMG作为BiCGstab求解器的预条件技术,从而显著提高正演效率.我们设计了一个层状电阻率模型,通过与其解析解对比验证本文所提算法的正确性.然后设计了一个双异常体电阻率模型和一个Dublin模型1(DTM1),基于BiCGstab,对比了GMG预条件技术与其他传统预条件技术的数值表现,如超松弛预条件技术(SSOR)、分块不完全LU分解预条件技术(block ILU)和高斯赛德尔预条件技术(GS).结果显示本文提出的算法在迭代次数,计算时间和稳定性方面都远远优于传统预条件技术.对于所有例子,GMG预条件技术均能在10次以内达到收敛,计算时间比传统预条件技术减少70%以上,显示了本方法的稳定性和高效性.

平面区域有限元三角网格迭代优化方法

为了提高有限元分析计算结果的准确性,提出一种平面区域有限元三角网格迭代优化算法。该算法首先利用一种基于Loop模式的1-2细分方法来实现给定网格的局部细分;然后利用顶点自由度与边折叠相结合的新方法对细分后的网格进行简化;最后,基于正三角形为最优三角形的事实,提出一种最小角最大化方法对网格进行几何优化。算法的特点是在不同的阶段采用不同的评价标准对网格质量进行评价,即在网格细分和简化阶段采用边长法,而在几何优化阶段采用角度法。将该算法应用于建筑金属结构工程有限元分析系统,取得了较好的应用效果。

并行有限元网格分区方法研究进展

简述了并行有限元网格分区的基本思想和原则，探讨了并行计算任务分配即有限元网格分区算法的研究状况，分析了几种典型元网格分区算法的思路，优缺点，并提出并行有限元网格分区有待进一步解决的问题。

基于有限元网格的液货体积计算方法

为获得各种装载情况下的液货体积,方便后续液舱的载荷计算,提出一种基于有限元网格的液货体积计算方法。该方法以有限元网格为基础,根据网格的几何信息,通过网格几何拓扑分析、向量运算等手段,计算液舱在不同液位的重心位置,船舶在不同吃水下的排水量以及浮心位置。以某油船为例,计算货油舱的液货体积及不同吃水和首/尾倾下的排水量,结果表明,该方法误差极小,满足有限元分析的要求,计算得到的舱容表数据可应用于静力自动平衡、非满液舱液位计算等。

结合QEM的布料层次化动态模拟方法

在布料仿真过程中,基于位置的动力学方法(Position Based Dynamics, PBD)在布料模拟的效果及实时性方面展现了其优越的性能,但在布料网格精度提升时,为了加快其收敛速度而增加迭代计算次数,会导致模拟效率大幅降低及约束震荡现象的出现。为了解决以上问题,文章结合对位置动力学方法的研究,提出一种以多重网格思想为核心的布料模拟方法,采用基于二次误差度量(Quadric Error Metrics, QEM)的网格简化法对布料多重网格进行构建,同时结合空间插值算法进行层与层之间的数据传递及位置矫正,可以构建出质量良好的三角网格结构,避免不规则多边形的出现;在布料层次化模拟的基础上,提出结合逐次超松弛迭代法(Successive Over Relaxation, SOR)与Gauss-Seidel方法(GS)的混合平滑方案并验证了其有效性。经实验分析,布料层次化模拟方法提高了质点数目增加后的收敛速度,具有一定的稳定性。

数值流形位移法在岩体裂缝扩展中的应用

基于三角形网格,对裂缝扩展过程中流形单元变化情况进行了深入研究,从几何网格的角度对数值流形方法的连续与非连续统一处理方式进行解读.采用一阶覆盖函数,推导出数值流形算法的权函数表达式,建立局部位移函数.通过数值流形计算程序,得出裂缝尖端位移,并计算尖端应力强度因子.通过经典的中心裂纹板模型,对数值流形位移法求得的尖端应力强度因子进行验证,算例的数值解和解析解吻合度较高,证明数值流形法计算裂缝扩展的准确性,为裂纹扩展过程中尖端应力强度因子的求解提供了新的数值解法.

智能家居与定位电击

智能家居除建筑电气中的通风节能、家用电器的选择应用外,还应当注意日常的人身安全和信息安全。其中,定位电击和人体侦查是两个突出现象,在居家以至办公环境下普遍存在。许多难以理解的生活现象都与定位电击有关,它以电场力造成物体和人体的偏移和感知。定位电击能够精确地攻击人的毛发、关节和器官,对居室安全至关重要。人体侦查是指利用雷达技术对人的语音和外观进行探测,获知人的思维和空间信息。从基本的科学常识出发,可以分析定位电击的基本原理。而人体侦查与社会上的视频监测、红外探测、雷达搜索一致,它是智能家居与物联网中信息流量的主要来源。

基于几何多重网格算法的海洋可控源电磁法三轴各向异性介质的三维正演研究

海洋可控源电磁法(MCSEM)三维正反演理论现如今已经成为地球物理学研究的热点和难点之一,准确、高效、稳定的正演计算是实现快速反演计算的基础.三维正演数值模拟技术的发展已相对成熟,一些学者已将研究如何提高正演计算效率的目光转移到研究如何提高线性方场组的计算速度.为了提高MCSEM的三维正演问题的计算效率,本文首先从频域三维海洋电磁控制方程出发,然后利用Yee氏交错网格有限体积法在三维空间离散方程组,并施以第一类Dirichlet边界条件获得大型稀疏复系数线性方程组,最后引入3种不同几何多重网格迭代算法求解该线性方程组.为了检验GMG算法的正确性,通过建立一维层状油气模型,将3种GMG算法计算结果与Kerry Key等开发的二维开源程序MARE2DEM计算结果进行对比,两种程序求解电场分布的曲线能够很好的吻合,表明GMG算法能正确求解海洋电磁正演问题,且两种程序求解的相对误差数量级在1以下,表明GMG算法具有较高的求解精度.为分析GMG算法的计算效率,我们首先想要模拟出一个更加真实的海洋地下环境,将沉积(背景)层电阻率设计为三轴各向异性,然后在此环境中建立三维海洋油气油气模型,实现MCSEM三维正演计算.通过改变网格数,实施3种GMG迭代算法与GCROT迭代算法求解,结果表明:GMG算法求解三维海洋可控源电磁正演问题算法稳定,计算效率高.GMG算法作为Krylov子空间迭代算法的预条件器求解三维海洋可控源电磁正演问题,不仅能加快求解速度,而且能提高算法的稳定性.

建造导向的复杂空间结构拓扑几何优化研究

以曲面上多边形拓扑网格结构作为媒介,分析了建筑设计和结构需求同建造和几何约束之间的相互影响与反馈。针对二者之间的联系与反馈,提出了两类优化生成策略,进而探讨了它们在建筑形式中可能扮演的角色,即结构分析如何指导网格生成、几何限制如何影响形式与结构系统。

薄壁结构的加筋布局优化设计

采用拓扑优化方法研究了薄壁结构的加筋布局优化问题。考虑到航空航天领域薄壁加筋结构的大量使用与结构形式的复杂性,提出了一种适用于有限元自由网格剖分的加筋设计新方法——几何背景网格法。该方法一方面通过定义几何背景网格的大小,实现了加筋设计域内任意离散网格沿加筋高度方向的布局参数化定义;另一方面,通过背景网格曲线坐标系下的定义,实现了三维曲面薄壁壳结构的加筋布局设计。采用该方法分别对平面结构与曲面薄壁结构进行了以结构刚度最大为目标的加筋优化设计。数值结果表明,所提出的方法能有效获得合理的加筋布局。