分布式3D打印服务的实时多任务调度研究

针对分布式3D打印机(3DPs)在工业物联网(IIoT)中共享、协作、生产全球化的定制产品过程中,3D打印任务(3DPTs)在分布式3D打印机上分配工作量不平衡,以及提交的每个模型的定制属性和实时性等问题,文章提出了用于IIoT中个性化3D打印的实时绿色感知多任务调度架构,给出了一种稳健的在线分配算法,使得每个3D打印任务能够精确地满足用户定义属性,并且平衡了分布式3D打印机之间工作负荷,同时开发了一种基于优先级的自适应实时多任务调度(ARMPS)算法,实时调度每一个3D打印任务,满足3D打印任务的实时性以及动态性要求。在高负载下进行仿真实验,经性能评估测试,表明所提出的算法具有稳健性,调度架构具有鲁棒性和可扩展性。

基于Unity3D的油田抽油机三维可视化监控系统设计

针对抽油机监测形式单一、三维可视化程度低和联动性差的缺陷,引入信息―物理实时映射思想,开发了油田抽油机三维可视化监控系统。设计了抽油机数字空间,搭建虚实交互层设计架构;搭建三维可视化系统数据组成及关系框架;结合逆运动学,构建数学模型,基于五维模型和Unity 3D平台设计抽油机三维可视化系统总体架构;以游梁式抽油机为对象进行实验验证,实现了实时动态监测、虚实混合控制、运动轨迹追踪和在线预警等服务功能。为三维可视化监控在石油机械领域的落地应用和数字孪生系统的开发提供借鉴。

基于Unity3D的卷绕机半物理仿真系统研究

机电一体化产品在研发过程中普遍面临现场调试工作量大、周期长和成本高等问题,而且目前主流的仿真软件功能较为单一。因此,研究设计了一套兼具实时性和三维展示效果、能够连接机械电子软件的半物理仿真系统。其以卷绕机为仿真对象,利用Unity3D搭建虚拟仿真平台,通过电路板实现虚拟仿真平台与控制系统间数据的实时交互。通过输出卷绕过程中关键结构的运动时序和空间轨迹图,验证了卷绕机机电系统的工艺仿真可行性。研究结果表明,该系统可替代部分现场调试工作,提高研发效率。

基于3D视觉检测的贴标与喷码一体化七轴机器人的应用

对自动贴标与喷码一体化七轴机器人的功能、特点进行了阐述,对系统上位机软件平台的构建、硬件系统集成和基于视觉检测技术的机器人定位实时补偿等技术进行了详细论述,对该自动贴标与喷码一体化七轴机器人系统的未来进行了展望。

基于Unity3D的塞斯纳172绕机检查仿真

目前飞行前绕机检查训练主要以现场人员依照检查单在真机上进行,但真机检查耗时且占用机位资源,导致训练十分消耗飞行资源,因此有必要采用飞行仿真系统来辅助真实场景的飞行前绕机检查训练。针对上述问题,首次提出一种基于Unity3D技术实现绕机检查仿真,结合塞斯纳172飞机模型及HoloLens2混合现实眼镜构建三维场景,实现可视化飞行前绕机检查仿真系统。三维仿真绕机检查过程中,通过混合现实眼镜用手部点击等操作控制完成飞行前绕机检查。上述系统通用性广、可扩展性较好、仿真度高,优于传统的人机交互。仿真结果表明:提出的系统可适用于飞行前绕机检查,具有良好的可操纵性和逼真度,对缓解飞行及机场资源紧张具有重要意义。

基于实时视频流的3D人体姿势和形状估计

为满足元宇宙、游戏及虚拟现实等应用场景中对实时视频流3D人体姿势和形状估计准确性和真实性的要求,提出了一种基于时间注意力机制的3D人体姿势和形状估计方法。首先,提取图像特征,并将其输入运动连续注意力模块以更好地校准需要注意的时间序列范围;随后,使用实时特征注意力集成模块以有效地组合当前帧与过去帧的特征表示;最后,通过人体参数回归网络得到最终结果,并使用基于图卷积的生成对抗网络判断模型是否来自真实的人体运动数据。相较于之前基于实时视频流的方法,在主流数据集上加速度误差平均减少了30%的同时,网络参数与计算量减少了65%,在实际测试中实现了每秒55~60帧的3D人体姿态和形状估计速度,为元宇宙、游戏及虚拟现实等应用场景提供更好的用户体验和更高的应用价值。

3D 打印在船舶再制造与实时维修领域的应用

为降低海上后勤保障及远洋供应链负担,分析3D打印技术装船进行再制造与实时维修以减少携带备品备件的可行性。对3D打印在增材制造领域的优势、国内外3D打印装船的应用现状以及存在的瓶颈问题等进行分析,提出以现有3D打印技术在船舶上进行再制造和实时维修的7个可能应用场景,可为3D打印技术装船应用提供指引,以推动船舶向现代智能制造转型升级。

Optimized Method for Real-time Texture Reconstruction with RGB-D Camera

With the appearance of RGB-D camera, the field of three-dimensional (3D) reconstruction receives more and more attention. In this paper, we present an optimization approach to produce high-quality textured 3D models based on the real-time 3D reconstruction system. The resulting models of real-time texture reconstruction often suffer from blurring, ghosting, and other artifacts. Our approach addresses this texture quality problem using blur detection and an optimized weight function. Experimental results demonstrate that our approach can improve the quality of textured 3D models by reducing the blur and ghosts on the model surface. © 2017, Tianjin University and Springer-Verlag GmbH Germany.

Real-time Simulation of Gas Based on Smoothed Particle Hydrodynamics

This paper extends the SPH method to gas simulation. The SPH （Smoothed Particles Hydrodynamics） method is the most popular method of flow simulation, which is widely used in large-scale liquid simulation. However, it is not found to apply to gas simulation, since those methods based on SPH can＇t be used in real-time simulation due to their enormous particles and huge computation. This paper proposes a method for gas simulation based on SPH with a small number of particles. Firstly, the method computes the position and density of each particle in each point-in-time, and outlines the shape of the simulated gas based on those particles. Secondly the method uses the grid technique to refine the shape with the diffusion of particle＇s density under the control of grid, and get more lifelike simulation result. Each grid will be assigned density according to the particles in it. The density determines the final appearance of the grid. For ensuring the natural transition of the color between adjacent grids, we give a diffuse process of density between these grids and assign appropriate values to vertexes of these grids. The experimental results show that the proposed method can give better gas simulation and meet the request of real-time.

基于神经网络的3D点云模型识别的方法

针对点云的三维模型识别方法缺乏局部空间特征,从而影响3D模型的类识别的问题,提出一种基于残差模块的卷积神经网络三维模型识别方法。通过引入残差模块,构建深层神经网络增强点云模型的局部信息,提高物体的识别精度。同时,采用了一种获取多尺度局部空间信息的策略,加快了模型的推理能力。实验证明,算法识别准确率达到了91.5%,加快了模型的推理速度,可应用于对点云模型识别有实时性要求的场景,如:流水线上物体的检测等。

FDM 3D打印机自动衔接送丝装置设计

FDM 3D打印机用尽一卷耗材后,需要人工更换新的耗材,为了使3D打印机供料与换料系统自动化,达到新旧耗材自动精确衔接的目的,采用锥齿轮组控制同轴向上的正反旋转方向的机械传动方法,设计出了一种自动衔接送丝装置。通过传感器识别耗材用尽与否来改变编码电机的转动方向,实现新旧耗材衔接,并保持下位机与3D打印机实时通信,结合打印机的打印状态保证自动衔接送丝装置的运行动作与FDM 3D打印机的动作同步,辅助打印机执行打印任务。试验结果表明,设计的装置能够取代人工值守更换耗材,提高3D打印机的自动化程度,同时避免3D打印机因材料耗尽而影响到打印模型质量的问题,较大程度地提高了FDM 3D打印机的打印质量和打印效率,具有较好的市场应用价值。

基于双目立体视觉的实验室波浪场实时重建

准确测量波浪场演化对于海洋结构物的水动力研究十分重要。本文基于双目立体视觉建立了一套用于测量室内波浪的图像识别方法,以轻质泡沫作为示踪粒子标记波面以获得具有丰富纹理的波面图像,根据极线约束矫正图像,使用阈值分割避免光照不均和水底反射的干扰,使用GPU加速的立体视觉匹配算法,实现波浪图像的实时立体匹配,重建出波面的三维点云与网格模型。通过对图像序列的重建,提取出的波浪时历与浪高仪的测量结果基本一致,波高以及周期值的吻合性良好。结果表明,该方法可以准确测量实验室内的三维波浪场,捕捉瞬时波浪演化,并可提供实时的监控。

Flash3D引擎的发展现状剖析及若干关键技术研究

目前已涌现出了许多性能和功能各异的Flash3D引擎技术,其在动漫游戏的应用非常引人注目。但尚未有对这些Flash3D引擎发展现状做深入而系统的剖析,围绕Flash3D的学术研究几乎是一片空白。对当前主流Flash3D引擎的发展现状进行了综述性的研究,横向分析比较了各主流引擎的功能与性能。同时,围绕着Flash3D引擎提出了若干关键技术。然后,介绍了我们课题组自主研发的Flash3D轻量级引擎的设计及其若干关键技术的初步成果。最后,展望了Flash3D引擎技术的未来发展趋势。

基于两视点视频融合技术的裸眼3D显示的研究

提出了一种主要针对小尺寸的显示器如笔记本电脑的、两视点视频信号实时融合的系统。首先,根据显示器的架构组成及数据接口形式选用合适的芯片,包括不同格式视频信号间的转换芯片及实现视频融合的芯片。然后,根据各芯片的输入输出引脚的定义及它们的位置关系,进行各元器件的合理布局、走线。最后,结合显示屏上贴的柱镜光栅的光学参数,下载程序到转板上的各芯片中。通过验证,转板上的视频信号的处理速率可达到2.24Gbits/s。系统能够高效地实现两视点视频融合,在贴有柱镜光栅的笔记本电脑上可以看到很好的裸眼3D视频实时显示效果。

舰载机弹药保障调度仿真系统

针对航空母舰飞行甲板上舰载机弹药保障面临的调度效率不高的问题,提出一种基于Unity3D的舰载机弹药调度三维虚拟演示方法,构建了面向航空母舰飞行甲板上舰载机弹药调度的三维虚拟仿真系统。通过定义系统,建立面向航空母舰舰载机弹药运输、装载调度过程的问题模型以及路径确定、顺序约束、装载位置补偿等处理规则,使用改进离散灰狼优化算法实现了调度过程优化求解。参照公开的场景信息搭建了航空母舰飞行甲板上舰载机弹药调度保障虚拟交互场景,设计了执行不同控制任务并能实现彼此之间交互控制的系统脚本,通过在系统虚拟场景实体模型上分别加载实现了虚拟场景的可控实时演示。对场景实例的优化求解与仿真演示验证了所提方法的有效性和可行性。

实时超声造影与3D超声融合成像导航评估微波消融治疗原发性肝癌患者价值研究

目的探讨采用实时超声造影与3D超声融合成像导航评估微波消融(MWA)治疗原发性肝癌(PLC)患者的疗效。方法2017年2月~2021年2月梅州市人民医院收治的102例PLC患者,被随机分为观察组51例和对照组51例,两组均行MVA术治疗,其中对照组术中采用常规超声造影评估消融范围,在观察组采用实时超声造影联合3D超声融合成像导航评估。随访1年,记录两组总体生存率。结果观察组完全消融率和补充消融率分别为94.1%和19.6%,显著高于对照组的78.4%和3.9%(P<0.05);术后,观察组发生出血、切口感染、周围脏器损伤、胆漏和胸腹腔积液发生率为17.7%,与对照组的21.6%比,差异无统计学意义(P>0.05);随访1年,观察组肝内肿瘤复发率为10.0%,显著低于对照组的28.0%(x^(2)=5.26,P=0.02);观察组1 a总体生存率为96.0%,而对照组为84.0%(Log-Rank x^(2)=22.159,P<0.001)。结论采用实时超声造影联合3D超声融合成像导航可用于评估MWA治疗PLC患者术中消融范围,对及时补充消融有帮助,并最终提高疗效。

基于TDOA算法的基建现场施工人员定位研究

为了解决当前存在的受大量多径干扰和视距干扰的影响而导致定位精度不足的问题,提出基于到达时间差(TDOA)算法的基建现场施工人员定位方法。利用层叠样式表单技术,搭建三维图像定位基本框架。使用统一的定位服务器,根据基建现场面积确定定位节点数量。创新性地将TDOA算法部署到定位引擎中,从三维图像中提取施工人员特征信息和位置特征信息并进行匹配,得到基建现场施工人员三维特征集合。利用TDOA算法计算待测目标的三维坐标信息,实现施工人员三维图像定位。对比试验结果表明:所提方法的定位数据与实际位置坐标的绝对误差在0.2 m以内;在非视距环境下,连续定位轨迹与模拟的真实轨迹基本一致;在定位距离测试中,测得的距离与真实结果更接近。在视距和非视距环境下,所提方法的定位误差小、测距结果准确、定位精度较高,满足实际定位需求。该研究可以较大程度地消除事故隐患,从而建立相对安全的施工环境、降低基建现场施工中出现事故的概率。

三维建模软件3ds Max数据文件3ds的解析

为了实现三维建模数据的快速读取和解析,提出了一种解析保存3ds数据的方法并应用到实际三维漫游软件中。作为专业的三维建模软件,3ds Max提供了强大的快速建模功能。但由于需要占用大量CPU和内存资源,因此其实时交互性较差,很难直接应用到实际工程项目中。充分利用3ds Max的快速建模能力,分析3ds Max的建模文件3ds数据格式,以其内部树状数据结构为基础,按照其存储特点及数据之间的关系有效读取,并采用C++高效编码实现,以自定义的列表类、对象类、材质库类合理的组织和保存,为三维场景重建奠定基础。实际应用表明该解析算法实用有效。

混合3D模型跟踪注册算法

针对维修诱导系统中采用基于3D模型的注册算法跟踪复杂机械设备时要求手动初始化位姿、容易产生误差偏移以及不能自动更新3D模型等诸多问题,提出一种基于边缘特征的3D模型混合跟踪注册算法.首先选取边缘像素数量作为测度标准,采用粒子滤波算法对摄像机位姿进行初始化;然后在持续位姿估计中利用非线性最小平方误差估计算法对位姿进行持续更新,并且通过对模型控制点数量的实时监控消除误差偏移;最后利用关键点匹配实现进程的识别和3D模型实时更新.在原型系统进行实验的结果表明,该算法具有较强的稳定性和较高的效率,能够有效地克服误差偏移.

基于Direct3D的大规模地形渲染技术研究

提出了一种基于地形分块管理思想的大规模地形渲染算法——井地算法.该算法将大规模高程地形数据按照一定大小进行分割并存储,根据视点位置和漫游的要求建立5点定位LOD四叉树模型,将以当前渲染的地形数据块为中心的9个(或少于9个)单位地形数据块载入内存.该算法采用Direct3D实现,能有效提升复杂三维场景中大规模地形实时渲染的效率.