一种基于质点弹簧模型的牙龈软组织形变仿真算法

在虚拟手术系统中,软组织形变仿真的好坏会直接影响其仿真的真实感。本文以口腔手术涉及的牙龈软组织为对象,应用质点弹簧模型建立其物理模型,提出一种适用于虚拟手术中牙龈形变仿真的中点平均算法。融合了中点法和平均法的优点,采用中点法对速度进行迭代求解,采用平均法对位移进行求解,能够有效减小误差及受步长的影响。通过与多种欧拉算法对比,进一步验证了中点平均算法求解精度更高、受步长的影响更小的优点。     

基于非均匀变形的人体模型定制算法

提出了一种改进的人体模型定制算法,采用非均匀变形算法将照片中的人体外形特征添加到参考人体模型中,得到个性化和结构化的新模型.算法首先采集照片、合成参考图像、提取人体的轮廓线并将其划分成若干分段,然后在切割线空间构造从参考轮廓线（源于参考模型）中的一点到目标轮廓线（源于照片）中一点的二维映射,最后通过投影、二维映射和反投影改变参考模型中每个点的几何位置,从而生成新模型.实验结果表明,算法生成的结果不仅能够更加准确地体现出照片中人的外形特征,而且保证了结果模型的良好拼合,同时输入的照片不要求其中的人摆出规定的姿势.     

基于仿真技术的翻新轮胎载荷变形特性研究

针对载重车辆翻新轮胎载荷变形特性进行有限元仿真及试验研究,修正翻新子午线轮胎的变形特性公式。理论计算、仿真分析及试验结果有较好的一致性,较真实地反映翻新子午线轮胎的变形特性状况,为翻新轮胎的结构设计及性能研究提供理论依据。     

粘土永久变形预估模型试验与仿真研究

路基永久变形影响沥青路面的车辙,经详细分析推荐出路基土永久变形试验方案,对粘土进行了重复加载动三轴试验,建立了塑性应变和荷载作用次数之间的关系式,使用最小二乘法拟合出该式中的系数与含水量和回弹模量之间的回归公式.采用扩展的Drunker-prager土体本构模型,对于粘土重复加载动三轴试验进行了有限元仿真.试验曲线或有限元仿真曲线与预估模型均比较吻合,相关系数R2均在0.99以上;模型参数的回归公式的相关系数R2最小值为0.53,大于临界值0.50.分析结果表明:建立的粘土永久变形预估模型可靠性较高,可以用有限元仿真来代替部分室内重复加载动三轴试验.     

改进AR模型在垂直形变模拟与预测中的应用研究

针对垂直形变的模拟和预测应用需要,首先分析了滑动平均(MA)模型、自回归(AR)模型及滑动平均自回归(ARMA)模型及其相互关系,指出了它们之间存在的等价性.在此基础上研究了基于模型等价性的高阶AR模型替代其他模型的方法以及该法在垂直变形模拟分析中的应用,同时针对高阶AR模型在模拟与预测应用中存在的问题,详尽探讨了用多级低阶AR模型(MAR)代替高阶AR模型的方法,使得改进后的AR模型可以满足实时在线垂直形变模拟及预测的需要.最后通过实际观测数据和应用实例验证了改进模型的可行性.     

三维Shepp-Logan头部模型仿真投影数据的计算

为了验证三维重建算法的可靠性和准确性 ,提出以 3DShepp Logan头部模型作为三维医学图像重建领域进行仿真实验和算法性能评测的基本参考模型 ,详细介绍了模型的设计与实现以及仿真投影数据的计算 ,并基于 3DShepp Logan头部模型的三维医学图像重建进行了仿真实验 ,实验结果证明了新思路的可行性和模型计算的准确性     

基于点分布模型的3D模型拟合方法

针对传统方法构建的患者病患部位的3D解剖结构模型与测试样本拟合效果较差的问题,提出基于点分布模型的3D模型拟合方法（3DMFB-PDM）. 对训练样本集进行数据处理,使模板样本与目标样本对齐,减小训练样本由于旋转及尺度变化产生的不利影响;在训练样本间建立对应关系,用正态分布表示患者的点分布模型;计算测试样本中的特征点与点分布模型中对应点间的距离,通过引入Mahalanobis距离和转换非线性方程组,使点间距最小.根据最小间距不断调整点分布模型的形状参数,使点分布模型与测试样本拟合.选取30组左侧股骨作为训练样本集实验验证3DMFB-PDM的有效性,结果表明引入附加项后的拟合误差小于未引入附加项的拟合误差. 将 3DMFB-PDM与其他3种方法进行对比,结果显示3DMFB-PDM的拟合误差最小,表明3DMFB-PDM能够有效地将患者病患部位的3D解剖结构模型与测试样本拟合.     

旋转LED阵列体显示系统的仿真平台构建

利用开放式图形库OpenGL，构建了一种为旋转发光二极管（LED）阵列三维体显示系统提供前期三维数据模拟和 图像预显示的软件仿真平台.该平台从3DS文件中获取体显示系统的三维物体信息，使用剪切算法转化为显示点集源数据 ，再经坐标变换得到LED面板的控制信号.用OpenGL中的一系列应用程序接口（application programming interface， API）函数在普通的平面显示器上仿真显示所得点集，同时将所得的控制信号生成二进制文件，用以驱动显示.对比不同 条件下的仿真结果可以确立最佳显示效果下实际系统的像素尺寸、分割扇区等硬件参数，并对图像质量进行预评价.     

A novel progress of leg tissue properties modeling based on biomechanics

To describe strategies for addressing technical aspects of computational modeling of leg tissue with the finite element (FE) method,a patient’s leg sample was selected and scanned by CT at the direction parallel to the Frankfort Horizontal plane. A three-dimensional (3D) finite element model of the human leg was developed using the actual geometry of the leg skeleton and soft tissues, which were obtained from 3D reconstruction of CT images. All joints were defined as contact surfaces, which allow relative articulating movement. The major ligaments were simulated using tension-only truss elements by connecting the corresponding attachment points on the bone surfaces. The bony and ligamentous structures were embedded in a volume of soft tissues. The muscles were defined as non-linear viscoelastic material, and the skin, ligaments and tendons were defined as hyperelastic, while the bony structures were assumed to be linearly elastic. The multilayer FEM model containing thighbone, tibia, fibula, kneecap, soft tissue was formed after meshing. Diverse forces were imposed on the FEM model. The results show that the multilayer FEM model can represent tissue deformation more accurately.     

在视景仿真系统中定制人机交互功能

利用三维建模软件MultiGen creator、仿真软件MultiGen Vega及VC 6.0平台开发虚拟校园视景仿真漫游系统.提出"文字模型"双向交互访问技术,将外部数据库与视景仿真系统相连,设计了按所选模型提取对应文字信息以及根.     

基于FFD算法的三维服装变形技术

为提高服装及其虚拟展示行业的变形效率问题,研究开发了一套适合服装变形的智能系统.以VB.NET和Managed DirectX为开发工具,以3DSmax为模型工具,以FFD自由变形算法(free-form deformation,FFD)为核心算法来实现三维服装变形.减少了服装变形的手工繁复操作,实现了三维服装变形的自动化模式.     

从医学图像到有限元网格

基于可视化工具VTK,开发了一套集成医学图像处理、三维重建与有限元网格生成的软件系统——“从医学图像到有限元网格”.系统由3个主要的功能模块组成:图像分割、表面重建和有限元网格生成.它可以方便、快速、准确地将三维医学图像(切片形式)转换为有限元网格模型、计算机辅助设计(CAD)实体模型和快速原型(RP)表面模型.     

透明物体三维重现技术研究

随着光学三维检测技术的发展,物体三维形状的测量与复原越来越广泛地用于生产实践中.但目前国内对于透明物体的三雏检测缺乏有效手段.本文提出一种利用物体表面反射偏振特性分析重现透明物体三维形状的方法,并通过实验验证了这种方法的可行性.在分析了反射光的偏振分布与表面形态的关系基础上,构建了相应的实验装置,通过对摄取的多幅被测物体的偏振图像的分析和处理,最终实现了物体的三维重现.     

球形面多道次多点成形的数值模拟

通过对球形面多道次成形的有限元数值模拟,分析了多道次成形数值模拟的关键技术,研究了多道次成形的特点及规律,阐述了成形过程中易产生的缺陷和需解决的关键问题。结果表明:多道次成形可以优化板材的变形路径,使变形均匀,有效地抑制起皱,提高板材成形能力。