A Scheme for Reconstructing Free-form Surface from Shading with Cellular Automata

The reconstruction of free-form surface is a fundamental problem in digital manufacture.This article presents a novel solution to reconstructing free-form surface from an intensity image under the Lambertian reflection model,that is a method called shape from shading (SFS).Our approach is based on the two-dimensional cellular automata (CA),and fully uses the local information of both image and the reconstructed surface.After several iterations,the free-form surface corresponding to the input image is obtained.The encouraging results on both synthetic and real-world images are provided in this paper,and the perfor- mance of our algorithm is analyzed on synthetic images using mean and standard deviation of depth (Z) errors.

基于三维宏观基本图的城市机非混行交通研究

为解决城市交通中机动车与非机动车混合行驶造成的交通拥堵,提出一种三维宏观基本图的理论分析方法,探究机动车与非机动车混行交通流的微观运行特征和宏观演化规律,揭示在非机动车干扰下交通拥堵的形成、传播和消散机理。先分别建立描述非机动车流的元胞自动机模型和机动车流的元胞传输模型,并借助非机动车越线次数函数将两个模型耦合;然后,在Simulink仿真平台上,运行该耦合模型以求得路网的三维宏观基本图,并以此分析非机动车驶入流量与路网平均流量、冲突次数三者间的相互关系;最后,提出提高路网硬隔离占比和加大非机动车道宽度的两种方法,借助三维宏观基本图来验证其缓解交通拥堵的效果。研究结果表明:三维宏观基本图的分析方法可量化机动车和非机动车冲突的影响,指导混行交通拥堵的治理,该结论为改善中国城市交通出行秩序和出行环境提供了参考。

基于3D混沌映射和细胞自动机的图像加密方案

为设计高效的、加密性能好的图像加密系统,充分结合混沌映射细胞自动机的良好加密性能,提出了一种基于3D混沌映射和2D二阶细胞自动机的图像加密方案。该算法先利用3D混沌映射对图片像素进行置乱,然后利用2D二阶细胞自动机对图像在比特级别进行更进一步的混淆。该算法属于对称密钥加密,具有较大的密钥空间和并行化的加解密过程。实验结果证明,该算法可以在较小的迭代次数内达到良好的加密效果,不会导致密文扩张,且加密结果能够抵御常见的暴力破解攻击、统计分析攻击和差分攻击,具有较高的安全性。

基于SMA-GBDT-3D CA的土壤污染扩散模拟方法

为了清晰准确地对区域土壤重金属污染扩散过程进行三维模拟,解决传统扩散模型模复杂、求解困难等问题,提出了一种基于黏菌算法、梯度提升树及三维元胞自动机(SMA-GBDT-3D CA)的污染扩散模型。通过SMA-GBDT筛选影响因素并获得各方向的扩散系数,建立3D CA模型并利用边界反弹机制对算法进行优化。结果表明:相比传统单一模型,该方法更准确地模拟了重金属污染物在土壤中的扩散过程并提高了模拟效率,在土壤污染防治方面具有一定应用价值。

利用三维细胞自动机模拟地震活动性

在由弹簧—滑块—阻尼器组成的平面网络非线性动力学模型研究的基础之上,对细胞自动机模型的演化规则进行了修改,并将其由二维拓广到三维。设计了100×100×40网格的三维大型地震细胞自动机模型,生成了13540个“地震”事件。结果表明,三维空间“地震”事件的时空分布与天然地震有许多类似的特征,满足震级与频度的G-R关系,且有分形分布规律。由此可见,三维地震细胞自动机比二维模型更符合实际。

基于Frenet标架下三维元胞自动机的航母舰载机集群运动建模

航母舰载机运动包括二维甲板上的运动和三维空域内的运动.二维甲板面易受海面复杂扰动而发生运动,三维空域涉及区域又非常大,这使得实现航母舰载机集群运动建模成为一项具有挑战性的问题.目前国内外公开的研究工作很少有涉及舰载机集群运动的,可以借鉴的关于飞行器集群方面工作中又很少有涉及整个飞行空域内集群运动的模拟.针对上述问题,提出了一种基于Frenet活动标架下的三维元胞自动机模型来实现舰载机集群运动模拟,通过沿舰载机预定航线轨迹构建Frenet活动标架,基于该标架进行元胞剖分并采用三维元胞自动机模型建模求解整个空域内舰载机之间的运动,最终实现整个空域内舰载机集群运动的模拟.在PS机上基于各种虚拟数据集对舰载机的运动进行实验模拟,结果表明,文中方法可以较好地模拟舰载机在多种环境下的起降以及巡航行为,并且针对5 km的航线,可以实时计算模拟约8万架次舰载机的运动状态.

一种基于OpenGL的三维元胞自动机模型

本文以Visual C++为编译平台,运用OpenGL图形函数库建立了一种三维元胞自动机模型。该模型具备了经典元胞自动机的基本特征,因此可以根据需要进行扩展。文中运用该模型进行了简化的枝晶生长模拟,并与二维的模拟结果进行比较,验证了该模型的正确性。

元胞自动机理论在三维复杂槽型车刀片设计中的应用

将适合解决复杂问题的元胞自动机理论(简称CA)用于设计断屑槽型的剖面,并借助Pro/Engineer将所得剖面合成为车刀片三维复杂槽型实体,再采用电火花加工所设计的三维复杂槽型车刀片。断屑验证试验结果表明,该刀片断屑性能良好,达到了预期目标,同时也表明本文所采用的基于元胞自动机理论的三维复杂槽型车刀片设计是可行的。

基于CA模型的3维虚拟城市构建方法研究

结合城市元胞自动机(CA)方法和虚拟现实(VR)技术,构建一个基于元胞的3维虚拟城市。首先建立基于元胞实体数据结构的城市CA模型,用以表示3维虚拟城市中建筑物的平面分布状态。通过CA模型生成一组城市建筑物的时空分布数据。然后利用DEM和DOM数据生成一个真实的3维地形,建立了不同种类的3维建筑模型库。最后通过程序调入城市3维建筑模型,根据元胞实体属性将模型布设于3维地形的相应位置,生成3维虚拟城市。

基于立体网格的放射性污染物扩散过程模拟与表达

针对放射性污染物的扩散过程表达问题,设计了适用于该方法的状态建模与面向对象建模混合的数据模型,该模型支持真三维的网格化表达与元胞机推演,可以将传统放射性污染物的计算与表达结合在一起,数据不需要多次转换与重采样,降低了精度和效率的损失。通过两个实验,分别针对单源和多源放射性污染物的大气扩散过程进行了模拟,扩散模拟的结果符合放射性污染物扩散的客观规律,整个扩散表达过程中任意一个时刻、截面或者空间的污染物浓度都可以动态地计算和表达,过程具有非常好的直观性和可分析性。

7075铝合金等通道挤压过程工艺优化

文章探求7075铝合金一道次ECAP成型过程的最佳变形温度,利用DEFORM-3D有限元分析软件对7075铝合金方形坯料进行了不同挤压温度有限元数值模拟实验,利用元胞机模拟不同温度下变形晶粒尺寸,并加以实物观察验证。结果表明,500℃是7075铝合金最佳挤压温度;当7075铝合金处于较低挤压温度时,随着挤压温度升高,变形后的晶粒逐渐细化;当挤压温度大于500℃时,ECAP变形坯料由于再结晶后晶粒生长,晶粒异常粗大不符合生产要求。

基于三维元胞自动机的堆积体力学特性研究

基于三维元胞自动机模型,提出一种新的模拟堆积体三维细观结构的随机模拟模型,将其应用于堆积体的颗粒流模拟,针对整个过程自行开发CARS自动建模程序,可实现数值模型快速、准确的建立,为堆积体力学行为的模拟提供了新的建模方法。运用三维直接剪切试验对其力学特性进行研究,研究表明,堆积体表现出典型的全应力-应变曲线特征,由于土体与石块的相互挤压、咬合,导致其剪应力-剪切位移曲线会出现两次以上的爬升。堆积体的粘聚力随着含石量的增加呈现下降的趋势,内摩擦角随着含石量的增加基本呈现直线上升的趋势。

基于3D CA的AZ31镁合金动态再结晶行为研究

建立了三维元胞自动机(3D CA)模型,通过热压缩试验和电子背散射衍(EBSD)表征技术,对AZ31镁合金在热变形过程中的微观组织演化规律进行可视化和定量预测。根据试验得出的真应力-应变曲线,确定了3D CA模型参数在试验条件下的取值,建立了模型参数与变形条件(应变、变形温度和应变速率)之间的关系。利用所建立的3D CA模型,对AZ31镁合金在热变形过程中的流动行为和微观组织演化进行模拟和讨论。结果表明:再结晶体积分数随着应变的增大而增加,随着变形温度的增大或应变速率降低而增大,提高应变速率或降低温度可以细化再结晶晶粒。模拟结果与实验结果吻合较好,相对误差值在4.5%和16.2%之间,所建立的3D CA模型能够较准确地预测镁合金AZ31的微观组织演化。

基于元胞自动机的城市三维空间增长仿真模拟

目前,二维的方法不能正确描述现代城市立体空间的发展变化,因此,城市三维空间增长的研究对现代城市的发展具有重要意义。本文基于自组织理论及城市发展的自组织性,改进了Bengguigui等的城市空间模拟三维元胞自动机(3DCA)模型,在模型中添加了中心距离及交通距离评价因子,建立了城市三维空间增长的中心距离模型和交通距离模型。重点介绍了模型中评价因子的计算方法及其隐含的经济学含义、评价函数的构成和元胞空间状态的转换规则。最后使用NetLogo 3D建模工具,进行城市三维空间增长仿真模拟实验,结果表明:添加中心距离与交通距离因子后,城市三维空间增长模型更符合现实中城市三维空间扩展过程;进一步证明了城市发展的自组织性,以及他组织力量对城市向高级别发展的促进作用。