基于Voronoi算法的一种新型多孔夹层结构参数优化和耐撞性研究

提高防撞缓冲车(Truck Mounted Attenuators,TMAs)耐撞性成为道路安全防护的重要途径,借助Voronoi算法生成了一种新型多孔结构。首先,通过研究该结构的种子点数n、孔隙率ρ和不规则度α对结构几何拓扑影响关系,建立了材料比吸能与三个参数之间的数学模型。然后,借助有限元方法分析了新结构的能量吸收,证实了该数学模型的可靠性,利用正交试验确定最优结构参数。最后,将新型多孔结构作为夹层填充到TMAs防撞缓冲车中,探究了正碰、侧碰和斜碰三种工况下车辆耐撞性。研究发现,新型多孔结构能够有效降低峰值碰撞力,能量吸收性能远远超过传统TMAs和圆筒夹层TMAs,能够有效保护被撞车辆和驾驶人员安全。

基于Voronoi算法的卸船机抓斗骨架机器视觉识别

近年来,机器视觉识别依旧是炙手可热的话题,骨架是基于物体形状特征的简化对象描述方式,得到理想的物体骨架具有重要的意义。卸船机的抓斗骨架视觉识别是抓斗卸船机全自动能否完成预定目标的重要影响因素,机器视觉识别并非是在处理线性的数据,即识别对象和识别背景是随着时间的变化而变化的。骨架作为物体形状的一种表示方式,与采用轮廓描述形状相比,拥有许多优点。该方法将目标的外形特征与最大圆弧、主干等相关,便于目标形态的保持与重建。总的来说,基于Voronoi算法的卸船机抓斗骨架识别成功率有了较大的提升。

应用于六旋翼飞行器航迹规划的改进Voronoi算法

六旋翼飞行器是一种新型的旋翼飞行器,文中主要针对该飞行器在航迹规划时的Voronoi算法进行了改进,优化了飞行器的航迹规划路线。通过对电院大草坪的树林作为障碍物的情况下,飞行器穿过树林到达空旷地方的航迹规划的数学建模发现,使用传统的Voronoi算法的航迹规划的距离为169.113m,使用改进的Voronoi算法的航迹规划的距离为152.8753m,比起传统的Voronoi算法规划出来的航迹的距离缩短了10.6%。

基于Voronoi算法的无线多媒体传感器网络覆盖控制研究

无线多媒体传感器网络(Wireless Multimedia Senor Networks,WMSNs)的覆盖控制技术是传感器网络研究的关键问题,只有合理的部署传感器节点,才能达到对目标区域的全面监测。Voronoi图具有良好的区域划分性质,可以将监测区域划分成多个小的区域。所以,提出一种基于Voronoi算法的无线多媒体传感器网络的覆盖策略。通过Voronoi图形寻找新增传感器节点的坐标,计算出节点的质心点坐标,调整节点的方向。实现用比较少的节点,获得较高的覆盖率。

多连通域Voronoi图生成算法的研究

Voronoi图作为一种重要的计算机图形学技术 ,在数控加工、机器人的运动规划和曲面生成等许多领域都有广阔的应用前景。研究了由直线和圆弧组成的平面多连通域Voronoi图的生成算法 ,提出了平面闭包的搜索算法与闭包的归一化方法 ,根据单连通域Voronoi图的生成算法实现了多连通域Voronoi图的构造。

基于边界点偏置的VORONOI骨架算法的研究

利用Voronoi图求解中轴骨架的方法往往首先将边界用多边形来表示。文中提出将边界点进行偏置 ,在偏置过程中得到Voronoi图 ,并得到中轴骨架的算法。这种算法无须对边界进行直线拟合 ,简单明了、易于实现 ,适用于任意边界和任意连通性的二值图像。

基于Voronoi切割算法的碎冰区构造及离散元分析

离散元方法广泛应用于海冰,特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟。为构造碎冰区中的冰块几何特性,基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态,并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填充,从而确定碎冰区的初始分布场。在采用Voronoi图进行碎冰区构造时,可对冰块尺寸、几何形态和密集度等海冰参数进行设定。为确定冰块的不同几何规则度,综合采用排斥法和扰动法以定量地控制碎冰块几何形态从完全随机分布到规则分布的连续变换。为分析不同几何规则度下碎冰块的几何特性概率分布规律,对计算域内冰块的面积和边数等参数进行统计分析,从而可更合理地参数化控制初始冰场中碎冰块的几何特性。在此基础上,本文基于粘接-破碎的球体离散元方法对不同冰况下锥体结构的冰荷载进行了数值计算,讨论分析了碎冰区的海冰密集度、冰块面积和几何规则度对冰载荷的影响。

关于k(1≤k

k( 1≤k <n)阶Voronoi图由k阶最近点Voronoi图和k阶最远点Voronoi图组成 ,是Voronoi图的一种重要推广。k阶Voronoi图常用于确定平面点集中k个点的最邻近或最远问题 ,具有广泛的应用。本文首先对k阶Voronoi图的基本性质进行了证明 ,并讨论了k阶最近点与最远点Voronoi图的关系 ,最后 ,给出了一种生成k阶Voronoi图的算法。该算法思路清昕 ,数据结构简洁 ,易于实现 ,并以图例验证了算法的有效性。

冰区航行视景中基于Voronoi图算法的海冰动态破碎绘制

根据最新的国际公约要求,冰区航行相关的虚拟场景绘制已成为航海模拟器视景系统不可或缺的重要组成部分,而其中依实际交互需求可实时破碎的海冰模型是该视景系统可用性的关键。为了同时满足冰区航行视景系统的真实感和实时性要求,本文分析了原有的Koch分形海冰建模算法的问题和不足,提出了一种新的海冰几何图形建模方法,作为破冰过程物理特性分析的补充,即在Voronoi图算法基础上对海冰几何模型的破碎过程进行计算建模,并满足海冰模型的真实感和实时性绘制,最终实现了海冰破碎过程在冰区视景中的可视化。

Voronoi生成的Clifford代数实现方法

引入具有维度融合、坐标无关等特性的Clifford几何代数,构建不同维度统一Voronoi生成框架及算法流程。定义了可支撑不同维度、不同对象间距离、相交及对偶关系的几何、拓扑运算,基于多重向量设计了可支撑不同维度地理对象的统一存储结构及关系表达机制,实现了基于Clifford代数的多维统一Voronoi生成算法。以中国城市气象数据为例进行了算法验证,并分析了算法复杂度。结果表明,该算法可根据输入数据维度自适应地实现相应维度的Voronoi分析,可为以维度统一为特征的GIS分析算法实现提供借鉴。

基于栅格地图的分层式机器人路径规划算法

采用分层规划的思想,给出一种基于栅格地图的最优路径规划算法.分层路径规划算法的第1层为拓扑层规划,采用Voronoi图起泡生成算法描述全局可行域的拓扑关系;第2层采用广义水平集算法,解决拓扑层的最优路径搜索问题;第3层为栅格层的路径再规划.在栅格层借鉴窄带水平集的思想,通过拓宽拓扑路径,得到一个机器人安全通行的窄带区域,并在此区域实行局部快速匹配算法,改善了拓扑路径,提高了算法的效率,并提高规划的实时性.

基于手写字符信息调制的NFT数字艺术图像生成算法的研究

在知识产权大保护的主流价值观下,本研究提出了一种基于手写字符信息调制的NFT数字艺术图像生成算法,为数字作品或实物的价值量化、所有权归属等问题提供了解决方案。首先,运用彩色梯度算法进行高频和边缘轮廓的图像分割;其次,使用加权质心Voronoi算法将分割后的背景图像生成点画图像;然后,以点画图像的点集坐标为基准,生成的唯一识别号为约束,放置手写字符,绘制出具有手写字体纹理的调制图像;最后,利用局部空间不变性,实现轮廓图像和背景调制图像的融合。实验表明,本研究算法所生成的NFT图像具有高效的语义契约,在保证唯一性、可溯性、安全性的同时,还具有海量信息容量空间的保障,不仅可用作艺术收藏,还可用作实物或数字作品的防伪鉴权及其增值服务。

基于三维细观的混凝土靶板侵彻仿真研究

为研究混凝土靶板中骨料分布对弹体侵彻性能的影响,针对含骨料混凝土靶板的抗侵彻性能进行了细观建模与数值仿真分析。利用Voronoi算法构建了考虑骨料几何形态、大小及其在混凝土基质中非均匀分布特点的细观几何模型,通过映射方法生成有限元分析模型,系统分析了骨料体积比对弹体穿透性能的影响。结果表明:在保持骨料级配恒定及随机分布的条件下,骨料体积比由25%增至30%时,弹体的穿透速度显著降低,混凝土靶板的抗侵彻能力显著提高;骨料的几何形态、大小及含量对侵彻过程中的能量吸收和分散具有重要影响,合理的骨料含量能够更有效地提高混凝土材料的抗侵彻性能。

柱状节理岩体各向异性特性及尺寸效应研究

白鹤滩水电站坝基基岩及深部洞室围岩以柱状节理岩体为主,其力学特性极其复杂。为此,开发多弱面软化本构模型,可以方便地定义和描述多组斜交节理面的力学属性和屈服后的软化特性;并考虑柱状节理岩体内部介质的非均匀性,从细观角度建立整体力学属性满足Weibull分布的概率模型;在对概率分布参数进行敏感性分析的基础上,结合刚性承压板试验结果,确定反映现场岩体结构的概率分布参数。同时,采用Voronoi算法构建了无规则性和随机性排列的四面体、五面体和六面体柱面的随机模型,综合该三方面因素对柱状节理岩体的各向异性特性展开研究,得出不同方向承载性能和变形特性的差异。对不同尺寸下多组试块进行分析计算,获取了不同方向的弹性模量和抗压强度随试块尺寸的变化曲线,证明柱状节理岩体还具有明显的尺寸效应,并确定了其特征尺度。

Ad Hoc网络区域最小覆盖方法研究

覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,反映了网络所能提供的"感知"服务质量,可以使无线传感器网络的空间资源得到优化分配,进而更好地完成环境感知、信息获取和有效传输的任务.如何计算同时满足"覆盖要求"(工作节点必须能够完全覆盖目标区域)和"连通性要求"(工作节点组成的通信网络必须是连通的)的最小节点集合,是一个NP难问题.本文设计了一种基于目标区域Voronoi划分的改进集中式近似算法,用于计算完全覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.

晶界对近片层TiAl高温动态力学行为的数值模拟

基于晶体塑性理论,给出了同时考虑位错滑移、形变孪晶和晶界变形的近片层组织TiAl本构模型;在此基础上,建立基于Voronoi算法的近层片TiAl三维多晶有限元模型,并在晶粒交界处引入壳单元来描述晶界;利用上述有限元模型,对不同温度(室温、500和700℃)和不同拉伸应变率(10-3、320、800和1 350 s-1)下近层片TiAl的塑性力学行为进行数值模拟。结果显示:模拟得到的应力塑性应变曲线与试验结果吻合较好,能够反映近层片TiAl在不同温度和应变率下的材料响应;由于晶界的存在,晶粒内的应力分布会发生明显改变,晶界附近产生一定的应力集中。此外,晶界对孪晶存在一定的阻碍作用,使得晶界附近实体单元的孪晶体积分数要略低于多晶整体的平均孪晶体积分数。

线/面Voronoi图的分解合并生成算法

Voronoi图生成算法受到计算效率或生长源类型的限制,难以支撑线/面生长源Voronoi图的构建。本文提出一种生成线/面生长源Voronoi图的分解合并算法,其主要过程是将线/面生长源离散为特征点表达,通过特征点交叉建立最近特征点对,并以最近特征点对Voronoi子区域的交来部分地代替线/面生长源的等距离边界,算法以前后迭代离散计算的Voronoi子区域面积差分作为条件,可有选择地将部分生长源置入迭代过程,使线/面生长源Voronoi子区域逐步调整并达到精度要求。

异质体材料三维微观组织结构的可视化仿真

介绍了一种可视化仿真三维异质体材料微观组织结构的有效方法。仿真的微观组织结构以从金相学分析获得的统计意义上的数据描述样本的形态学与晶体学结构。在仿真异质体材料多晶体基体微观组织结构的过程中,设计了构造三维Voronoi晶粒聚合体的增量式外存算法,在指定RVE区域内实现了海量多晶体基体微观组织结构的构造。随后,考虑实际异质体材料中第二相组成物可能的形态、空间取向、空间分布、界面相宽度等几何参数,设计了完全可控的仿真程序,可以根据实验分析需求,通过改变、控制、组合由计算机构筑的第二相组成物的几何实体,产生符合预定要求的微观组织结构。同时,开发了相应的可视化技术,展示了仿真得到的各种类型异质体材料微观组织结构模型。

基于WebGIS技术的新一代桥梁管理系统研究与开发

桥梁管理系统(BMS)是辅助管理者进行桥梁日常管理、模拟分析和制定决策的管理工具。为解决当前BMS中普遍存在的管理体系不完整、分析和评估模型落后、人机交互体验性较差、维护困难等问题,采用网络地理信息系统(WebGIS)技术以增强数据可视化效果,提高人机交互体验,并解决资源共享等问题;通过建立科学的退化模型和费用模型以提高桥梁全寿命期分析和评估的准确性。在此基础上,研发了一个原型系统,通过记录桥梁的历史检测数据,挖掘可用信息,对桥梁未来状态以及经济效益进行预测,从而实现对桥梁运维全过程的跟踪、分析和评估。应用表明,基于WebGIS技术的新一代BMS能提高桥梁管理的效率。

多晶体材料微结构的仿真与取向分布函数计算

为解决多晶体材料结构的可视化,设计Voronoi增量式外存算法,开发了多晶体材料微结构的"海量"级仿真技术,获得了数值化的晶粒几何信息数据。利用OpenGL图形接口,实现了一般多晶体及表层晶粒细化多晶体材料微结构的可视化仿真,并在此基础上采用Bunge符号的级数展开法模型,计算了各个晶粒的取向分布函数(ODF),实现了取向分布函数值在取向空间内与实际晶体取向分布的一一对应;开发了软件ProDesign,为三维多晶体材料微结构的力学响应计算提供了基础性仿真工具,为识别"材料结构弱点"、评估微裂纹(群)的启裂及扩展、推演"微结构虚拟失效"行为搭建了支撑性平台。