基于光引发可逆加成断裂链转移自由基聚合的3D打印

针对高分子化学本科教学中“活性自由基聚合”知识点抽象,学生难以理解的教学难题,开展了光引发可逆加成断裂链转移(RAFT)自由基聚合3D打印实验。实验首先合成O-(乙基)-S-(2-丙酸乙酯基)黄原酸酯(EXEP),随后使用商用光敏树脂,进行添加/不添加EXEP条件下的3D打印。随后使用得到的打印体开展荧光功能后修饰与焊接对比实验。通过对比实验现象,深入理解活性自由基聚合机理及其对产物后功能化能力的影响,实现“活性自由基聚合”原理的“可视化”和实例化应用展示。本实验将基础理论有机融合到趣味实验中,实验耗时合理,操作简便,效果明显,符合本科教学实验基本要求,有助于提升学生综合分析能力,激发学生深入研究的兴趣,培养其创新意识及拓展延伸的能力。

基于3D碎裂度布局策略的可重构硬件任务调度算法

现有硬件任务调度算法任务描述不完善且忽视时间维上紧凑性。该文考虑任务下载时间、完善任务属性,以器件2维资源与时间建立3维资源模型,将任务布局问题抽象成特殊的3维空间放置问题,在此模型上分析出现有算法不能克服任务不可预知性和资源占用多变性,导致调度成功率和资源利用率低。针对此问题,该文提出了一种3维可重构任务调度算法3D_RTSA。设计并实现了基于任务紧迫度的调度策略和基于3D碎裂度的布局策略。与其他4种算法实验对比结果表明,在重负载、小任务C30情况下,3D_RTSA调度成功率比GC,Lookaheadest,SPSA,DTI算法分别高3%,21%,28%,35%左右;在轻负载、大任务C50情况下,资源利用率比Lookaheadest,SPSA算法分别高5%,18%左右,且该文算法时间复杂度并未增加。

陕西省耕地细碎化空间特征及土地整治对策

在明确耕地细碎化(cultivated land fragmentation,CLF)会造成的消极和积极影响基础上,构建CLF评价体系,探索以因地制宜为理念差异化解决CLF现象的方法。以陕西省2020年耕地利用现状为例,从耕地的自然资源禀赋、空间聚集程度、利用便利程度三个方面构建陕西省CLF程度三维魔方模型,对其CLF空间分异特征进行探索,并提出了改善CLF的策略。结果表明:陕西省CLF指数(CLFI)总体上呈现中间低、南北高的空间特征,CLFI最大值为0.796,最小值为0.020,均值为0.217,高值集中在陕南和关中交界的秦巴山区以及陕北东部地区。基于CLF特征和农业种植多样性、地区经济水平等影响因素以及耕地资源3个属性特征,提出了针对陕西省CLF的优化分区规划,其中包括保持提升区、集约归并区、设施优化区、资源改造区、综合提升区、综合整治区6类乡镇级引导分区,及以地区社会经济指标为基础划分的政策倾向区、加强整治区、资源倾向区、资源适配区4类县级引导分区,并结合两类分区结果的特征提出了不同地区土地整治的主要方向及关键问题。

大型3D场景漫游系统内存管理

在大型3D场景漫游系统中,单个资源(如模型、纹理)所需内存较大且分配和释放频繁,为了防止内存碎片的产生并提高内存分配速度,提出了一种新型内存管理方法。根据程序需求首先划分出一块或多块大的虚拟内存区域,然后基于所划分的内存区域进行内存分配和回收管理。在该管理方法中,对于程序中的小资源,使用内存池;对于大的资源,则使用伙伴系统内存管理方法。实验结果表明,该内存管理方法高效且稳定。

面向3D WebGIS的屏幕空间矢量数据绘制方法

受网络带宽、计算机软硬件和浏览器承载量等因素的制约,现有3D WebGIS在矢量栅格数据一体化表达时容易出现渲染效率不高、表达效果不佳等问题。通过分析2种不同架构下3D WebGIS的技术特点和服务需求,研究了基于屏幕空间像素投影反算方法,设计了优化矢量数据渲染性能的技术方案,提出了一种创建帧缓冲区渲染队列的方法来解决片元着色器承载空间不足的问题,并在B/S架构下开发了基于屏幕空间像素投影反算方法渲染矢量数据的原型系统。实验表明,该方法渲染效率和表达效果俱佳,具有很强的应用前景和研究价值,可为3D WebGIS提高海量矢量数据渲染效率和增强表达效果提供一种新型有效的方法手段。

基于PC硬件加速的三维数据场直接体可视化

在科学计算可视化中,由于直接体可视化技术能够反映数据场内部的信息,所以它已经成为近年来研究的重点。通过应用三维纹理和可编程显卡的片段着色器(FragmentShader)技术,在当前主流PC机上,实现了带有完整Phone光照阴影效果的三维数据场直接体可视化。仿真结果表明该方法在医学和军事学的三维数据场可视化中,能够实时生成高质量的体可视化图像。

矿石块度预测的三维模拟

以构造面的空间展布规律及相互切割关系为基础,采用Monte Carlo技术和三维空间解析几何知识,按照统计学原理模拟构造面对岩体的切割作用及由此切割而形成的岩块大小和形状的分布组成.在块度预测原理基础上,提出了基于Monte Carlo模拟方法的三维块度预测模型,通过应用Borland Delphi 5.0软件开发工具实现对岩体不连续面网络的模拟,从而对岩块抽样,开发了三维块度预测软件系统MAKEBLOCK.应用此软件对金川Ⅲ矿区矿体、上盘和下盘的原始块度进行了预测,结果和RMR值定性评价三者的块度结果一致.

一种基于分段存储的三维映射方法

三维波形映射技术提高了数字示波器的波形捕获率,但死区时间仍然广泛存在。提出了一种"分段存储集中映射"三维成像方法。根据时基将高速大容量动态存储器(DDR3 SDRAM)分成多段存储区域,连续存储多幅具有相同触发条件的波形,将DDR3 SDRAM中的多幅波形集中映射。基于双口RAM的快速波形映射技术和多路并行映射技术大大缩短了映射时间,在保证高波形捕获率的同时实现了数据的海量存储,使整个DDR3 SDRAM存储的波形时间范围内实现了无缝采集。通过建立数学模型证明了该系统能在更短时间内捕获到异常波形,双脉冲测试法测出该系统的最高捕获率为6 250 000 wfms/s,经过分析得出系统死区时间比为43.86%。

一种改进的薄壁文物碎片特征轮廓线提取技术

针对使用一般的边界提取方法提取三维网格模型特征轮廓线不完整问题,提出一种新的薄壁文物碎片特征轮廓线提取的综合算法。区别了特征轮廓线和轮廓线的概念,引入主轮廓线和次轮廓线以及二级邻接生长曲面的概念。主轮廓线的提取使用改进的基于边重数判断的提取方法;提出次轮廓线的一种新的提取方法:首先对三维网格曲面分割并识别断裂面,然后对断裂面的二级邻接生长曲面进行曲面扫描,提取次轮廓线;最后从主轮廓线和次轮廓线中得到三维模型的特征轮廓线。使用该算法准确地提取了文物碎片的特征轮廓线,实验结果表明此方法稳定且准确。

断层破碎带隧道施工过程的三维数值模拟

断层破碎带隧道围岩稳定性差,为了解超前小导管注浆加固围岩的效果,对隧道的开挖过程进行了三维有限元数值分析,数值计算结果和隧道拱顶下沉量测结果都证明了所选预加固措施的有效性,保证了断层破碎带隧道施工的安全。

基于三维激光点云的爆破块度统计预测方法

爆破块度是评价露天矿台阶爆破效果的重要指标,直接影响后续铲装、运输效率和开采综合成本,对爆破块度进行准确预测可反馈优化爆破设计及指导现场爆破施工。三维激光扫面技术是一种非接触面测量技术,能够精确重建物体表面,相对二维图像能够获取物体完整的三维几何形状信息。研究提出一种基于爆堆表面岩块激光点云分析的爆破块度统计预测方法(3DPCFM),具体为采用三维激光扫描仪对爆堆整体进行扫描,获取爆堆表面点云数据并且通过点云配准、过滤、去噪和下采样等处理技术建立爆堆三维点云模型,采用LCCP算法分割爆堆表面岩块点云,基于表面岩块点云借助几何算法获取岩块体积、采用PCA法提取岩块粒径,结合数理统计分析方法进一步获取爆堆表面岩块块度分布,试验通过岩块堆平铺和堆砌2种状态点云模型获取的岩块粒径对比修正堆砌状态提取的块度粒径偏差,然后以表面岩块块度分布作为输入参数,获取爆堆整体块度分布。室内试验结果分析表明:3DPCFM块度预测结果相对二维图像处理块度分析软件Split-Desktop更加接近水缸法实测块度精度,岩块在平铺状态下采用岩块点云数据提取的几何参数与实测值近似相等;小规模现场试验验证3DPCFM块度分布预测存在1~3 cm粒径偏差。

钨球破片对相控阵雷达天线的冲击损伤仿真

利用非线性动力分析软件LS-DYNA 3D,建立了钨球破片在击穿相控阵雷达天线部件下的毁伤仿真模型。对不同初速度的钨球破片以45°入射角对天线等效靶板的侵彻进行仿真分析,得到了钨球破片整个侵彻作用全过程的完整图像和主要数据。通过对结果图像与数据的分析得出:随着钨球破片初速度增大,剩余速度也会随之增大、击穿靶板所需杀伤动能变大、靶板质量损失变大。结论为相控阵雷达天线的战损快速评估与平时修理提供了科学的依据和参考。

一种基于DDTW的三维碎片自动拼接方法

提出了一种基于导数动态时间规整(DDTW)的三维碎片自动拼接方法,可以计算两块碎片最合理的拼接方式.同时设计了一种基于抗噪区间拟合的挠率估计方法和常数时间复杂度的三维重叠检测方法,大幅度提高了拼接的速度和准确性.首先确定物体碎片的轮廓曲线,查找角点,根据角点将轮廓曲线分段成子轮廓线,计算子轮廓曲线的挠率特征串;然后使用DDTW对两个特征串进行匹配,并给出匹配度的度量值,继而根据对应点的空间位置关系对碎片进行放缩和刚体变换,调用三维重叠检测方法排除重叠匹配;最后根据给定的评价标准找到最优匹配作为最终拼接结果.实验表明,该方法实现简单,鲁棒性强,能快速得到三维碎片集合的拼接结果.

爆破岩块自动识别与块度特征提取方法

爆破块度是评价爆破效果的主要评价指标之一。为了快速、准确获取这一指标,以爆破后部分岩块为研究对象,利用三维激光扫描仪获取岩块点云数据,在原始点云数据预处理的基础上,通过设定体素聚类控制标准与权重因子w的变化区间计算得到超体聚类点云。然后通过凹凸性判据中阈值(βThresh、θThresh)的设定对聚类结果融合,利用区域生长的思想进行岩块点云分割,达到岩块轮廓面自动识别的目的。从岩块点云的分割结果中依次提取出单个岩块点云,应用PCA算法自动计算岩块粒径并统计块度分布结果。结果表明:岩块分割效果好,自动计算法与手动量取法的平均相对误差约为4.90%,且块度分布的统计结果对爆破质量评价有一定的指导作用,满足对爆破质量分析与评价的要求。

基于嵌入式实时系统的三维地形仿真研究

针对嵌入式实时操作系统的特点,研究如何在嵌入式实时系统中实现逼真高效的三维地形仿真。针对嵌入式系统实时性强、内存和显存容量有限、缺乏友好的人机交互接口等特点,着重解决如何通过视景体裁剪减少地形块、使用缓冲池和缓存避免内存碎片、以及如何设计一套灵活友好的人机交互控件库和交互接口等问题。论文最后以VxWorks操作系统为平台,设计并实现了一个嵌入式三维地形仿真原型系统。

掌侧锁定钢板治疗伴背侧骨块的桡骨远端骨折

目的本研究旨在运用三维重建技术探索掌侧锁定钢板内固定治疗伴背侧骨块的桡骨远端骨折的临床疗效。方法回顾性分析我院自2016年7月至2019年12月收治的伴有背侧骨块的桡骨远端骨折病例共78例。其中男30例,女48例;年龄25~82岁,平均(53.5±9.2)岁。通过Mimics三维重建技术重建桡骨远端关节面,将累及骨性隆起内侧部分的背侧骨块作为关节内骨块,未累及者为关节外骨块,共得到背侧关节内骨块病例58例,背侧关节外骨块病例20例。研究一:将20例伴背侧关节外骨块的桡骨远端骨折患者与同期20例不伴背侧损伤的桡骨远端骨折患者进行病例对照研究,使用SPSS 23.0软件比较两组患者内固定术后3个月及12个月的影像学指标(掌倾角、尺偏角、桡骨高度)、腕关节活动度(背伸、掌屈、旋前、旋后)、握力、上肢功能评分(disability of arm shoulder hand,DASH),腕痛视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)。研究二:将伴背侧关节内骨块病例按照背侧骨块术后移位距离是否大于2mm分为移位组(12例)及非移位组(46例)进行病例对照研究,比较指标同研究一。结果所有手术均顺利完成,无一例并发症发生。研究一:所有患者均获随访,随访时间12~24个月,平均(14.5±3.3)个月。两组患者术后影像学指标(掌倾角、尺偏角、桡骨高度)及腕关节活动度(背伸、掌屈、旋前、旋后)、握力、DASH评分、VAS评分差异无统计学意义(P>0.05)。研究二:所有患者均获随访,随访时间12~24个月,平均(15.7±3.8)个月。未移位组患者术后3个月及12个月腕关节背伸活动度、DASH评分及VAS评分均优于移位组,未移位组患者术后3个月握力及术后12个月腕关节掌屈活动度优于移位组,差异有统计学意义(P<0.05),其余指标差异无统计学意义。移位组AO C3型骨折多于未移位组,差异具有统计学意义(P<0.05)。结论Mimics三维重建技术可有效区分桡骨远端背侧关节内及关节外骨块,有助于术前计划的制定。掌侧内固定治疗伴背侧关节外骨块的桡骨远端骨折可获得良好的临床疗效。伴背侧关节内骨块的桡骨远端AO C3型骨折掌侧内固定术后内固定失效风险较高,将造成腕关节疼痛,腕关节屈伸活动度、握力以及腕关节功能下降。

基于GPU的实时光线投射算法

介绍了一种基于GPU(可编程图形处理单元)的快速实时光线投射算法。为满足大规模体数据集的绘制要求,利用当前GPU的新特性,直接将体数据作为纹理载入显存,采用预积分分类方法在GPU中对体数据进行重采样和分类,避免了计算机主内存与GPU纹理内存之间数据交换的瓶颈问题;利用硬件支持的三维纹理和片元着色器,实时计算每个体素的梯度,实现高质量的光照,保证高质量的图像绘制效果。实验结果表明该方法在医学三维数据场可视化中,能够实时、高效地生成高质量的交互式体可视化图像。

基于顶点编程的三维纹理硬件体绘制算法

为克服图形硬件对传统纹理映射体绘制的限制,提出并分析讨论了采用顶点编程来有效地实现基于纹理的体绘制中的切片组与包围盒相交过程的方法。这种新颖的技术能保证顶点处理器、片段处理器与内存宽带间工作量的平衡。同时,通过对梯度的实时计算来减少在传统纹理映射体绘制中巨大的内存消耗。最后应用这种技术结合空区域跳跃技术,有效地去除了体数据中的空区域,降低了硬件的负载,加速了体绘制的过程。测试表明对较大规模的体数据,该算法能较大地提高性能。

利用分级分段技术解决破碎刚体拼接问题

对计算机辅助文物复原的关键技术进行研究,结合青铜器的特点,提出利用分级分段技术解决破碎青铜器拼接问题的算法。该方法主要是分两级采样,第一级根据曲线的曲率变化进行特征点进行采样,第二级为在各个特征点之间使用精细采样。匹配的时候先使用第一级采样进行匹配计算,如果匹配合适再进行第二级匹配计算。在进行匹配计算时,使用分段的方法进行匹配,匹配计算后再使用分段进行验证,提高匹配的正确率,同时采用分级的技术可以提高计算速度。

融合多特征的兵马俑碎片分类技术研究

兵马俑历经千年,多已破碎。因此,安全、高效地复原兵马俑碎片至原始形态,重现其原有风貌是文化历史研究的基础,同时也是文物保护修复的重要工作。在兵马俑修复工作中,俑体的碎片分类是其拼接复原的关键一步。本文从文物保护工程实际需求出发,通过将传统文物修复方法与现有科学技术相结合,提出了一种适用于兵马俑碎片的分类方法。首先,利用三维激光扫描与三维建模等技术构建兵马俑真彩色三维基础模型,根据兵马俑碎片的自身结构特点,基于SIFT以及CannyLines描述子提取兵马俑碎片的二维图像纹理特征,并基于模型法向量和表面曲率的计算提取兵马俑碎片的三维模型几何特征,以此多特征为基础,采用层次语义网实现兵马俑碎片识别分类。实验结果表明:融合多特征并结合层次语义网的碎片识别分类方法是有效的,可作为后续碎片匹配的基础数据来源。