基于起伏界面走时校正的三维最短路径射线追踪方法

最短路径射线追踪方法来源于图理论,可以获得最小走时路径,是初至波和反射波走时成像的重要正演模拟方法之一.最短路径法通常以规则网格离散速度模型,规则网格难以精确表征起伏地表和地下弯曲界面,因而计算的走时精度不是很高.减小网格尺寸可以减小计算误差,但同时会增加计算时间,对于三维模型尤其如此.为此,本文针对三维模型提出一种基于规则网格的走时校正方法:当地震射线传播至或起始于边界节点(近似表征界面的模型节点)时,将走时校正为射线传播至或起始于边界节点所对应界面节点(模型节点网格线与界面的交点)的走时.应用走时校正技术后可以基本消除由界面近似引起的反射波走时误差,并且可改善射线路径分布.数值模型计算结果表明:走时校正方法所用计算时间基本保持在和常规算法相同的量级,但走时校正方法可提高反射波的走时精度约1~2个数量级.

基于眼动追踪技术的数字界面人机交互效能评价研究综述

数字界面是人机交互的主要平台,科学合理的界面设计能够促进高效和谐的人机交互,开展数字界面人机交互效能评价能够有效节省时间资源和开发成本,为界面的设计定型奠定坚实基础。利用眼动追踪技术对该效能进行评价能够客观反映用户的视觉心理及认知思维过程。结合该技术在人机界面交互中的评价机理,归纳梳理了目前的研究现状,并指出其未来的应用和发展趋势将围绕算法优化、模型计算、多元融合和无感交互等方面展开。

界面追踪的Level Set和Particle Level Set方法

Level Set方法是20世纪90年代很流行的界面追踪技术,国外已有个别实例将此方法应用于不可压缩流体的计算。但其对界面具有抹圆的作用,造成梯度很大的界面失真。Particle Level Set方法可以弥补这一缺陷。本文首先介绍了这两种界面追踪的方法。然后采用五阶WENO格式离散空间导数,并采用三阶 TVD Runge Kutta方法离散时间导数,用计算机Fortran语言建立了界面追踪的模型。最后通过平移流场中的同心方框、旋转流场中的缺口圆和剪切流场中圆的三维界面的追踪算例,对两种方法进行了对比验证。同时,用剪切流场中圆的算例对比了 Particle Level Set和单纯拉哥朗日方法。结果表明,Particle Level Set对界面的描述更为精细,可以用于大梯度的界面追踪;Particle Level Set和单纯拉哥朗日方法的结果很接近。

基于眼动追踪实验的数字界面质量评估模型

为了提高界面设计的合理性以及评估结果的准确性,以眼动追踪为实验手段,结合软件工程领域的质量评估模型,开发了一个面向数字界面的质量评估模型.首先,基于对界面功能的分析,优化出4个质量特性作为第一层次评估指标,分别为情感吸引性、设计复杂性、交互高效性、认知负荷大小;然后,由模型的质量特性推导出质量子特性,进而确定出6个质量子特性以及若干度量指标,分别将其作为第二、第三层次的评估指标.基于此,构建了一套多维、多层次的数字界面评价体系.最终,通过基于任务的F-18战斗机显控界面实验,实现对战斗机显控界面客观综合的评估.评估结果表明,提出的评价模型能有效提高界面评估结果的可靠性.

基于LTI和网格界面剖分的三维地震射线追踪算法

将二维线性走时插值射线追踪算法(LTI)推广应用至三维模型,并结合网格界面剖分方式,提出了一种三维射线追踪算法.该算法既可获得高精度的全局最小走时和射线路径,又具有快速稳定的特点.三维模型计算结果表明,在模型参数包括网格密度完全相同情况下,本文算法较传统的三维最短路径算法在计算效率、走时和射线的计算精度上均有明显改进.

用环境扫描电镜原位定量追踪K-PSDS型地聚合物混凝土界面区的水化过程

应用环境扫描电镜(ESEM)原位定量追踪K-PSDS型(KOH激发合成的PSDS型)地聚合物水泥混凝土在相对湿度80％条件下界面区水化产物生成、发展和演化的过程。实验结果表明:界面区和基体区的ESEM形貌在水化早期差别较大,界面区存在许多大的空洞(50μm),而基体区颗粒分布均匀、密实;随龄期的增长,凝胶状产物在界面区空洞周缘淀积,并向外伸展,空洞逐渐被填满、湮没;到后期二者形貌基本没有太大区别,但通过能量散射分析(EDXA)发现界面区n(K)/n(Al)和n(Si)/n(Al)高于基体区,表明K和Si在界面区富集,从而造成胶凝产物化学组成的差异。另外,界面区在任何龄期均未出现尺寸规则的结晶产物,而仅生成了海绵状胶凝体。

界面二次源波前扩展法全局最小走时射线追踪技术

以Moser方法为代表的最短路径射线追踪算法可以快速稳定地获得整个追踪区域的全局最小走时和路径,但它存在两个缺陷:一是射线大多由折线呈锯齿状相连,长度和位置偏离真实射线路径;二是在低变速区容易出现射线路径多值现象.本文提出的界面二次源波前扩展法全局最小走时射线追踪技术(以下简称界面源法)旨在解决上述两个问题.不同于Moser方法,界面源法只在物性分界面上设置子波源点,子波出射射线可以到达任何不穿越物性界面而直接到达的空间点和界面离散点,在均匀块体内或层内地震波以精确的射线路径传播.显然,界面源法的子波出射方向数远远大于传统方法,算法的追踪误差主要由界面离散引起的,因此,界面源法很好地解决了Moser法存在的问题,大大提高了追踪的精度.同时,由于界面源法的子波源点数远远小于Moser法,因而效率也很高.模型实算证实了该算法的高效性.

复杂两相流中界面追踪方法——VOSET的性能分析

界面追踪方法——VOSET(coupled Volume-of-Fluid and Level Set method)结合了VOF和Level Set两种方法的优点,克服了这两种方法的缺点。VOSET方法采用VOF方法捕捉两相间的界面,保持了两相间的质量守恒,克服了Level Set方法质量不守恒的缺点;利用几何计算方法计算界面附近的Level Set函数,从而可以计算出准确的界面曲率和光顺界面附近突变的物理量,克服了VOF方法利用流体体积函数C计算界面曲率误差较大和光顺界面附近突变的物理量效果较差的缺点,因此该方法较VOF和Level Set方法更加精确。采用VOSET方法对两个及多个气泡的上升和溶并过程进行模拟,分析了复杂两相流动问题中VOSET方法的质量守恒特性、几何计算方法的可行性及求解过程的稳定性。本文的研究工作将为VOSET方法的推广应用奠定基础。

用Level Set方法追踪运动界面

首先介绍了近年来发展起来的界面追踪技术Level Set方法,然后采用五阶WENO格式和积分平均型TVD格式计算Level Set方程,用修正的Godunov方法求解重新初始化的Level Set方程,数值求解了同心圆在常数流场,圆和矩形界面在剪切流场,缺口圆在旋转流场中的界面变形和还原效果,比较了时间导数离散精度和Level Set函数有无重新初始化对界面追踪效果的影响．最后,通过和其它界面处理方法的比较可以看出,Level Set方法不仅能够比较准确地追踪运动界面,而且无须进行复杂繁琐的界面重构技术,容易编程,具有较大的通用性．

PS转换波界面二次源法射线追踪

界面二次源法是最近提出的一种最小走时射线追踪方法,尤其适合层状介质中走时和射线路径的计算.该方法相对于传统的最小走时树方法(如Moser法),仅在物性界面上设置二次源,射线路径的方向只在层界面处发生改变,该方法最大程度地消除了射线路径的锯齿状现象,同时也避免了低变速区的射线路径多值现象,因此,它具有更高的追踪精度和效率.本文采用界面二次源法在各向同性介质中实现了PS转换波射线追踪,理论模型的计算证实了界面二次源法追踪PS转换波的准确性和高效性,同时该方法在各向异性介质中也很好地追踪出分离的PSV波和PSH波,因此该方法有利于横波分裂在地震勘探中的研究和应用.

基于眼动追踪技术的车载信息系统界面设计研究

目的提高用户对车载信息系统界面的使用体验。方法将车载信息系统界面原型作为实验研究对象,使用眼动仪进行测试,对眼动扫描路径和热点图进行分析,并结合系统可用性量表评估界面。结果棋盘式布局的可用性高于阶层式布局,排在第一位置的图标受到更多关注,界面的中间和上方区域注视点较多。结论重要和常用的图标需要放在界面中部或上方,最常用的图标应排列在第一位置,并简化图标设计。研究结论可为车载信息系统界面的设计提供参考依据。

基于Vague集的人机界面布局眼动追踪评价

为了实现准确客观的人机界面布局评价,提出了一种基于Vague集的人机界面布局眼动追踪评价方法.首先,以注视轨迹、注视点数量、注视时间和瞳孔直径四项参数构建了人机界面布局评价指标体系.然后,一方面将定性指标通过不确定语言评价形式转化为Vague数;另一方面基于优属度矩阵求出各布局方案的支持、反对、中立指标集,将定量指标表示为Vague数,共同构建了Vague集评价矩阵.最后,提出基于Vague数距离和优劣点法的评价方法,对人机界面布局方案进行了排序.以石油钻机司钻控制台人机界面布局方案评价为例,验证了该方法的实用性和有效性.

一种任意界面的逐段迭代射线追踪方法

本文根据同一条射线路径上满足相同射线参数的原理，首先采用一个适合于任意界面情况下计算反（折）射点的一阶近似公式，从任意给定的初始路径出发进行逐段迭代计算，求出界面上的反（折）射点。然后以求出的射线路径为基础，按上述方法逐段求取下一界面的反（折）射点，直到终点得到整条射线为止。当整条射线路径上的界面反（折）射点的修正值达到精度要求时，则认为射线追踪结束。通过模型计算表明，本方法的计算速度比“打靶法”提高了一个数量级，其精度可以根据需要来确定。本方法无射线盲区，为任意界面的地震层析成像提供了一种准确、快速的方法。

任意界面下的整体迭代射线追踪方法研究

研究了一种适用于任意界面下射线追踪的新方法——整体迭代射线追踪法。首先,从射线在整条路径上满足Fermat原理出发,通过采用一阶Taylor展开等办法,推出一个求取射线校正量的正定三对角矩阵方程,从而实现整条射线路径的整体迭代计算。当整条射线路径上的校正量达到一定的精度要求时,认为射线追踪过程结束。模型计算表明,本方法计算速度快,其精度可根据需要来确定。为任意界面的地震层析成像提供了一种有效的射线追踪方法。

基于八叉树自适应网格技术的Level Set运动界面追踪方法

Level Set方法因能有效地处理界面处复杂的拓扑结构变化以及大变形问题,广泛应用于界面追踪领域。在Level Set方法追踪运动界面时引入八叉树网格技术,通过八叉树网格的细化和粗化技术减少计算网格数量和计算内存并提高计算效率和计算精度。因为八叉树网格为非均匀网格,其相邻网格的层数值可能不相同,所以不能直接采用WENO格式离散Level Set函数得到网格处的函数值,进而提出八叉树网格离散模型解决这一问题,并提出基于八叉树网格距离场重新初始化方法减少Level Set方法的质量损失,最后将基于八叉树网格技术的Level Set方法应用于两个给定速度场的运动界面模拟算例以及基准件方腔的铸造充型过程的模拟。模拟结果表明该方法可以提高界面的精度,同时改善质量守恒性。

基于VOF/PLIC界面追踪方法的RTM工艺充模过程数值模拟

针对基于Darcy定律的树脂传递模塑(RTM)工艺的充模过程数值模拟的局限性,将纤维预制体内的充填流动作为两相流(树脂相和空气相)处理,在动量方程中考虑了惯性项和粘性项,采用有限体积方法(FVM)离散控制方程,并与VOF/PLIC界面追踪方法相结合,发展了求解树脂在纤维预制体内非稳态流动问题的数值模拟方法.在此基础上开发了RTM工艺的充模过程数值模拟程序,其算例的数值模拟结果与解析解或实验结果吻合良好,验证了此数值模拟方法的有效性和可靠性.

铝电解槽磁流体的两相模拟及其界面追踪

采用商业软件ANSYS与CFX相结合的方法,运用有限元及有限体积法与两相流模型对300 kA铝电解槽导电磁流体的铝液、电解质两相湍流流动进行研究,并耦合VOF算法追踪铝液界面波动,模拟计算正常工况及角部换极下的稳态流场。研究结果表明:铝液流场基本呈现为2个大的漩涡,流场计算值与测试值比较接近;而在角部阳极更换后铝液中水平电流密度显著增大;在新阳极下方的铝液中形成较大速度涡旋,对流场的较大扰动导致界面波动幅度增加,极距减小;通过适当提升新极安装高度可增强磁流体的稳定性。

液力偶合器气液界面追踪数值模拟

部分充液下液力偶合器内部介质运动为离心力场作用下的复杂两相流动,而液相分布形态对涡轮输出特性有着直接影响。为掌握偶合器内液相分布规律,将工作腔内介质运动视为分层流动,采用流体体积法(Volume of fluid,VOF)两相流模型,追踪562型标准桃形腔偶合器内不同工况下的气—液分界面。建立三维周期性流道模型,采用Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂(Pressure-implicit with splitting of operators,PISO)压力耦合算法,并用内部面模拟泵、涡轮间的交互作用,转速比i=1.0和i=0.6时的叶片表面液相分布与文献中试验结果具有高度相似性。仿真结果表明,随泵涡轮间转差增大,气液分界面倾斜加剧,直至形成大的环流,而泵轮叶片压力面液相分布区域增大,吸力面液相减小;低挡圈(R=155 mm)对环流形态影响较小,主要起到限矩作用,而高挡圈(R=175 mm)可抑制大环流的产生。

共注射成型充填过程的运动界面追踪

基于HeleShaw流动模型推导出共注射成型充填模拟的数值模型基础上,通过引入厚度分数,采用控制体积法实现了充填过程中多重运动界面的追踪。等温数值模拟结果与MOLDFLOW的模拟结果相吻合,并能正确反映粘度对层厚分布的影响。

液-液分散雾化非相溶两相流界面追踪模拟

基于VOF方法并考虑界面张力影响与界面重构,分别建立不同喷射流率下的非相溶两相流界面追踪模型,追踪液-液分散雾化过程中油-水两相界面变化,模拟了射流破碎和液滴形成、生长与破碎等微观特征,分析了准则数对射流破碎与液滴形成的影响机理。结果表明:所建立的界面追踪模型能模拟不同喷射流率下液-液分散雾化形成液滴过程,但高喷射速率时捕捉流场中小尺度涡破碎过程的能力仍有不足;在不同的液滴形成模式下,射流液体的破碎均具有随机性,并随喷射流率的增大而增强,射流破碎依靠两相界面的波动和失稳形成体积较小的液滴;Re、Ca和Bo准则数对滴流和层流射流时形成的液滴与射流表面及其破碎处的形状的影响比较大,而对于湍动射流而言,则主要影响射流破碎程度和形成液滴的粒径。