虚拟肝脏重建与形变切割仿真

针对肝脏虚拟手术仿真对仿真场景逼真性、形变和切割仿真实时性的要求,提出虚拟体包络技术、基于解剖结构的边界条件设置以及双体素网格3种创新方法,根据肝脏的解剖结构重建肝脏仿真模型。对于肝脏模型外以面模型形式存在的管道模型,将其镶嵌在虚拟包络体模型中以实现形变和切割仿真。通过对肝脏表面解剖结构的分析,以及对肝脏约束形式进行合理简化,在肝脏韧带结构上设置边界限制标志。双体素网格方法在两层尺度不同的体素网格上重建肝脏仿真模型:原始模型表面在精细体素网格中重建,而切割面则在粗糙体素网格中构造,以此减少形变和切割仿真的计算量。仿真结果表明所用方法能在保持肝脏形变和切割仿真的真实感前提下提高仿真的运行速度。

虚拟手术中基于最少单元分裂的切割仿真技术

详细论述了虚拟手术中切割仿真技术的实现。虚拟软组织模型由四面体网格构成,四面体分裂算法使用了最少单元分裂法。为了提高算法效率,设计了由顶点、边、面和四面体4种基本单元构成,并且具有相关指针的软组织模型数据结构。详细阐述了最少单元分裂法中每种分裂类型的具体实现,以及解决内部分裂不一致问题的方法。碰撞检测使用了基于空间一致性原则的邻域搜索法。最后给出了使用肝脏模型进行切割仿真的结果。

基于ANSYS和EDEM的小麦茎秆切割仿真研究

针对小麦茎秆切割过程中的问题,利用有限元软件ANSYS的显示动力学模块Explicit Dynamics和离散元软件EDEM(Engineering Discret Element Method),分别对小麦茎秆无支撑切割过程进行仿真研究。结果表明,峰值切割力和切割质量随着切割速度的增加而提高。在同等条件下,切割效果较好且省力的切割形式应为切割速度为50 m/s时的滑切,滑切角在50°时的峰值切割力明显减小。在EDEM中,以40~70 m/s的切割速度进行仿真时,所得峰值切割力数据与ANSYS仿真结果接近,且峰值切割力随切割速度的变化趋势保持一致,表明所建立的茎秆离散元模型较为准确,并且利用离散元软件进行仿真模拟更有优势,可为后续的茎秆群体切割仿真提供基础模型,也为茎秆切割仿真提供了一种全新的研究思想。

OpenCL加速的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真

为了提高柔性体变形仿真运行速度并且解决切割对变形计算稳定性的负面影响,提出了能与GPU加速的变形算法协同运作的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真方法.柔性体模型由真实四面体网格嵌入虚拟四面体网格中构成,前者用于碰撞处理和图形渲染,而后者则用于变形计算.切割算法首先分裂真实四面体网格;然后复制包含超过一块真实四面体连通碎片的虚拟四面体,每个复制品包含一块真实四面体碎片;再根据真实四面体之间的连接关系更新虚拟四面体之间的连接关系;最后更新真实四面体网格与虚拟四面体网格之间的镶嵌关系.为了确保仿真系统不被限制在NVIDIA公司的GPU上,GPU加速使用OpenCL实现.仿真测试结果表明,该方法可以在任意多次切割情况下保持变形计算稳定不发散,并且在NVIDIA公司和AMD公司的GPU上都可以正确运行.

对含内孔面模型的切割仿真研究

为了快速封堵含内孔的面模型被切割后形成的中空截面轮廓,以便完整的表达模型。采用先剖分外轮廓,以封堵整个截面的轮廓,然后依次去除内轮廓区域的思想,最终实现中空面的封堵。先使用逐点插入算法剖分整个中空截面轮廓,然后删除已检测到的内孔洞的区域,在确保剖切面内所有轮廓顶点不发生任何变化的要求下,实现了含内孔面模型的快速切割仿真,并使用实例加以验证。该算法可以广泛地应用于各种含内孔面模型的切割仿真,尤其在医学手术仿真中。

基于八叉树的柔性体切割仿真中并行化的碰撞算法

为了提高柔性体切割仿真中碰撞处理的运行效率,并解决切割影响变形计算稳定性问题,提出基于八叉树的柔性体切割仿真中碰撞算法的并行化实施方法.该方法使用基于链接体素和自适应八叉树网格的柔性体模型,前者用于描述物质的连接性和构造用于碰撞和图形显示的面网格,后者用于变形计算;在粗略碰撞阶段对八叉树网格构造空间Hash表并构造潜在碰撞对;在精细碰撞阶段根据体素中心的距离场值,使用考虑拓扑关系的距离场插值方法检测碰撞并计算入侵深度;柔性体之间的碰撞和自碰撞处理使用独创的多级检测和约简方法在GPU上运行,同时在CPU上使用多线程运行切割工具与柔性体的碰撞处理;切割算法切断被切割工具扫过的链接,重构切口附近的面网格,递归细分并复制被切割工具扫过的八叉树单元,并使用快速行进法更新距离场.仿真实验结果表明,与3个CPU线程的实现相比,文中GPU加速的柔性体碰撞和自碰撞算法可以将处理速度提高76%~215%;而与单个CPU线程的实现相比,3个CPU线程实现的切割工具与柔性体的碰撞算法可以将处理速度提高132%~190%.

基于VC++与Open Inventor的工业机器人切割仿真系统设计

为了解决不具有离线编程功能的切割机器人对形状复杂的工件作业时,在线示教和调试的难题,开发了一套基于VC++与Open Inventor开发环境的工业机器人切割仿真系统。该仿真系统采用计算机图形学、虚拟现实、计算机编程等技术和方法,建立了六自由度工业机器人运动学、动力学、轨迹规划以及管件切割的仿真平台,并具有文件管理、参数输入、结果输出、图形显示等功能。利用KUKA KR16工业机器人,以管件切割为对象,进行了机器人切割的算法验证、三维图形显示与动画仿真。结果表明:该仿真系统能较好地满足交互性与实时性要求,验证了切割仿真系统的有效性。

交互式软组织切割仿真框架的设计及实现

为提高四面体细化网格的质量和切割效率,提出一种基于优化最少子单元生成法的切割算法.并在此基础上,利用一些现有的开源库构建一个交互式软组织切割仿真系统,形变建模采用共旋线性有限元模型,碰撞检测采用基于AABB包围盒的碰撞检测算法.实验证明,该仿真系统可以实现实时的交互式软组织切割模拟.

高强度桩腿齿条厚板切割数值仿真研究

建立了适用于高强度海洋平台桩腿齿条厚板氧乙炔切割的预热热源与燃烧热源叠加的新型复合热源模型。确定了热源模型中各类参数,应用Jmatpro计算NV E690的热物理性能参数,并根据金属学的知识,对计算结果进行修正。利用大型弹塑性有限元分析软件ANSYS数值模拟桩腿齿条厚板的切割过程,并与实际加工实测数据对比,验证了材料的热物理性能及热源模型的可靠性。

基于仿真切割的晶粒三维尺寸分布评价系统

以Mendelson在评价三维尺寸时所描述的陶瓷结构特征为基础,对不同σ,μ值的等轴晶粒三维尺寸对数正态分布进行等区间数据处理.利用仿真切割方法得到随机截面,并进行随机截线长度、概率的计算,得到随机截线分布并以此建立尺寸分布数据库.在实际应用时,通过测量材料切面上晶粒的随机截线,可绘制出随机截线分布曲线,再通过对尺寸分布数据库的检索,找出与实测随机截线分布相吻合的随机截线分布,得到所对应的三维尺寸分布的σ,μ值,从而得到材料内部晶粒的三维尺寸分布.

一种超声切割装置的设计及碳纤维复合材料切割研究

碳纤维复合材料在轨道交通车辆制造领域具有广阔应用前景,但采用传统工艺加工时易产生毛刺、撕裂等缺陷,会影响车辆产品质量,故设计了一种超声切割装置,用于切割碳纤维复合材料,通过对换能器、变幅杆、刀具的结构设计以及材料选用,完成超声切割装置的整体设计;通过ABAQUS软件对超声切割装置进行有限元分析,以验证装置设计的合理性;通过对碳纤维复合材料的切割过程的仿真,验证了超声切割装置的可行性。

基于仿真切割的陶瓷晶粒三维形貌特征评价系统

本文通过仿真切割的方法建立晶粒三维空间形貌特征与其随机截面形貌参数之间的关系。在实际应用时,利用上述方法建立的关系,通过测量材料切面上的晶粒截面参数来查询其三维形貌特征。晶粒三维形貌特征的几何模型是基于特定晶体的生长习性而建立的,并考虑到因生长环境的不同而可能引起形状的变化,因而更接近特定的实际晶粒。晶粒截面各种参数均可通过界定晶粒截面边界来获得。

先细分后分裂的新式四面体网格交互切割方法

提出了一种新式的由四面体网格构成的三维模型的交互切割方法。切割方法首先将四面体网格细分从而消除边交点和面交点,然后分裂面、边和顶点来形成切口。与以前的切割方法相比,该方法避免了繁琐的分类处理,在任何切割状态下均可产生合理的分裂结果,并且可以有效地处理切割刀大角度转向的情况。最后给出了切割方法的实现和对不同模型进行切割的效果。

SrTiO_3陶瓷中晶粒三维形状的评估方法

根据SrTiO3陶瓷中晶粒以{100}和{111}晶面为主要晶界的结晶习性,以及晶粒形状随{100}和{111}占晶界面积不同而发生变化的特点,设计了适合SrTiO3晶粒形状特征的晶粒模型。通过对不同形状晶粒的仿真切割,可得到所对应形状晶粒的随机截面,以及能够反映晶粒形状变化的截面形状参数—圆形度。从而建立了晶粒截面圆形度与晶粒形状的关系。在实际应用时,通过测量统计SrTiO3陶瓷切片上晶粒截面圆形度的平均值,来查询晶粒的三维形状。

在UGNX曲面加工中快速实现产品标记加工

本文介绍了在现有CAD的模型下,用UGNX在曲面上快速加工产品标记的过程。