基于八叉树的柔性体切割仿真中并行化的碰撞算法EI北大核心CSCD

为了提高柔性体切割仿真中碰撞处理的运行效率,并解决切割影响变形计算稳定性问题,提出基于八叉树的柔性体切割仿真中碰撞算法的并行化实施方法.该方法使用基于链接体素和自适应八叉树网格的柔性体模型,前者用于描述物质的连接性和构造用于碰撞和图形显示的面网格,后者用于变形计算;在粗略碰撞阶段对八叉树网格构造空间Hash表并构造潜在碰撞对;在精细碰撞阶段根据体素中心的距离场值,使用考虑拓扑关系的距离场插值方法检测碰撞并计算入侵深度;柔性体之间的碰撞和自碰撞处理使用独创的多级检测和约简方法在GPU上运行,同时在CPU上使用多线程运行切割工具与柔性体的碰撞处理;切割算法切断被切割工具扫过的链接,重构切口附近的面网格,递归细分并复制被切割工具扫过的八叉树单元,并使用快速行进法更新距离场.仿真实验结果表明,与3个CPU线程的实现相比,文中GPU加速的柔性体碰撞和自碰撞算法可以将处理速度提高76%~215%;而与单个CPU线程的实现相比,3个CPU线程实现的切割工具与柔性体的碰撞算法可以将处理速度提高132%~190%.     

基于八叉树的柔性体切割仿真中并行化的碰撞算法

为了提高柔性体切割仿真中碰撞处理的运行效率,并解决切割影响变形计算稳定性问题,提出基于八叉树的柔性体切割仿真中碰撞算法的并行化实施方法.该方法使用基于链接体素和自适应八叉树网格的柔性体模型,前者用于描述物质的连接性和构造用于碰撞和图形显示的面网格,后者用于变形计算;在粗略碰撞阶段对八叉树网格构造空间Hash表并构造潜在碰撞对;在精细碰撞阶段根据体素中心的距离场值,使用考虑拓扑关系的距离场插值方法检测碰撞并计算入侵深度;柔性体之间的碰撞和自碰撞处理使用独创的多级检测和约简方法在GPU上运行,同时在CPU上使用多线程运行切割工具与柔性体的碰撞处理;切割算法切断被切割工具扫过的链接,重构切口附近的面网格,递归细分并复制被切割工具扫过的八叉树单元,并使用快速行进法更新距离场.仿真实验结果表明,与3个CPU线程的实现相比,文中GPU加速的柔性体碰撞和自碰撞算法可以将处理速度提高76%~215%;而与单个CPU线程的实现相比,3个CPU线程实现的切割工具与柔性体的碰撞算法可以将处理速度提高132%~190%.     

在GPU上实现地形渲染的自适应算法

为了满足飞行状态实时监控系统对地形渲染快速逼真的要求,提出一种基于GPU的交互式地形自适应渲染算法.该算法中每帧渲染包含2遍GPU处理过程:第1遍采用流计算的方式,利用固定网格映射方法生成粗糙地形采样网格,在此基础上,根据地形表面复杂度计算粗糙采样网格中每个三角形的细化深度;第2遍进行地形的渲染,根据第1遍计算出来的每个面片的细化等级,选择初始化阶段预存储在GPU缓存中的不同细化等级的网格模板,对粗糙采样网格进行自适应细分,为了消除T型连接的问题,在顶点着色器中包含了一个网格模板的匹配处理过程.最后采用高程数据配合卫星照片的方式,生成具有高度仿真的三维虚拟地貌.基于文中算法实现的实时监控系统在支线飞机的飞行试验中取得了较好的效果.     

虚拟手术中顶点复制切割算法的设计研究

为了解决虚拟内镜手术中软体组织切割模拟仿真问题,论述并实现了虚拟手术中软组织切割仿真技术.使用四面体网格模型,利用刀具移动简化模型,构造用于切割操作的切割树,设计了通过划分切割区域,复制和移动顶点,在实现切割分裂时,减少网格单元结构数量增加的切割分裂和切割细化算法.通过仿真实验,文中算法的耗时与切割长度程线性关系;使用该算法实施切割后,网格结构中单元结构数量的增加相比传统的算法有明显减少.     

基于模型约简和GPU加速的软组织实时仿真

为了得到虚拟外科手术中人体软组织的实时变形仿真,采用了基于模态分析的模型约简方法,同时结合了GPU加速技术,实现了人体软组织的实时仿真计算,为虚拟手术提供了良好的人机交互.模型约简以有限元理论为基础,将软组织模型的动力学方程投射到约筒子空间,减少系统自由度.在实时仿真过程中,首先需在子空间中对低维动力学模型进行数值计算,然后利用GPU通用计算技术来加速重建原始空间中的形变向量.以心脏大变形实时仿真为例,验证方法的性能,实验结果表明心脏的变形仿真可以在很高的刷新率下运行.提出的模型约简和GPU加速方法,为人体软组织的变形实现了实时仿真,为虚拟手术提供了理论基础和技术支撑.     

ANSYS与NVIDIA合作推出商用GPU加速流体动力学求解器

正日前,ANSYS与NVIDIA携手开发出可显著加速大型多物理模型仿真的解决方案,合作推出商用GPU加速流体动力学求解器.用户现在可利用NVIDIA图形处理器(GPU)加速CFD仿真,同时能够快速处理复杂的大型仿真模型.在ANSYS Mechanical对GPU成功支持的基础之上,首次与FLUENT 15.0配套推出的商用GPU加速CFD仿真的求解器,能够拓宽ANSYS仿真产品系列对NVIDIA GPU的支持范围.     

基于二维轮廓序列的膝关节三维重建

提出了一个基于二维轮廓序列的四面体网格生成方法,用于医学图像三维几何模型重构.该方法首先对各选定的断层图像提取目标轮廓并做分支匹配等处理,然后生成各轮廓内部平面域的三角网格,最后在相邻断层之间根据三角网格连接四面体单元.该方法被应用于人体膝关节虚拟手术系统的三维几何建模,得到的膝部股骨模型包含494个节点和2 046个四面体单元,膝部脂肪模型包含2 854个节点和14011个四面体单元,这些模型被成功地应用于膝关节手术仿真,从而证明了该三维模型重建方法的可行性和有效性.     

基于GPU实现的大量刚体运动实时仿真

针对存在大量刚体运动的虚拟场景,提出一种基于在GPU上实现的实时仿真算法,利用GPU的并行计算能力,实时处理刚体交互,更新刚体状态.使用深度剥离技术,离散化刚体,并使其由一组具有相同大小的粒子表示.每一帧刚体间的运动交互则由粒子间的运动交互来实现.碰撞粒子对间的交互则用离散元法.通过统一网格方式,分割仿真域空间,以提高碰撞检测速率.实验证明,提出的新算法大幅度的提升了仿真大量刚体的速率.     

微分域网格变形的GPU加速算法

微分域网格变形方法能够较好的保持网格模型的局部细节特征,但其计算需要耗费较长的时间.结合GPU的高速并行运算性能,设计并实现了一种基于GPU的微分域网格变形算法.通过GPU进行网格的微分坐标求解、线性系统系数矩阵的Cholesky分解、线性系统求解等运算,从而将网格局部细节特征编码和解码过程以及变形结果的绘制完全通过GPU完成.实验结果表明该算法能够有效加速微分域网格变形方法的计算和绘制.     

基于投影法的四面体网格切割算法

四面体网格切割算法是有限元仿真中的重要组成部分，切割的结果决定了刚度矩阵的更新速度和精度。本文在研究Cotin算法和Bielser算法的基础上，采用了预投影的方法，将部分顶点投影到切割平面上，使原先的四面体分割转化为相邻四面体分离，以达到简化分割的目的。与Cotin算法和Bielser算法相比，由该算法得到的网格切割边界更加合理，剖分比更低，提高了刚度矩阵更新的速度和精度。     

无线移动环境中的拉式实时并发控制机制

考虑到诸如带宽、移动性、频繁断接等限制，传统可串行化并发控制协议显得过于严格而无法满足移动实时数据库环境的要求。该文首先形式化定义并分析了弱可串行化正确性准则，弱可串行化比传统冲突可串行化宽松且能始终保证数据库的一致性。进而给出了一种适宜于移动实时数据库的弱可串行化并发控制协议WMHP-2PL。最后性能实验证实了新协议的有效性。     

实时软件系统开发技术

分析了开发实时系统和实时软件系统的特殊性，讨论了传统实时软件系统开发技术(包括RTSA技术、DARTS技术、JSD技术、NRL方法、OOA＆OOD技术等)，并比较了它们各自的优缺点．详细讨论了面向对象技术在实时软件系统开发中的应用，对统一建模语言(UML)在实时软件系统中的应用也进行了深入分析和讨论．在分析了实时UML(UML-RT)的不足之后，提出了融合UML和CPN的实时软件开发技术，并用一个实例说明了如何利用该技术进行实时软件开发．     

实时极限思想的提出和应用

实时任务调度算法之间很难进行比较,而且缺少比较标准。提出具体环境下实时极限的思想,为任务调度的比较研究提供了一个尺度。并可在此基础之上进行算法自身消耗的测量。还可扩展可通行判定理论的应用范围。     

Evaluating the Expressive Power of the Real-Time Specification for Java*

The goal of this paper is to evaluate the real-time specification for Java proposal by performing several case studies. These case studies include: an extensible general resource controller; atomic action support infrastructure; unbounded and imprecise computations. They have been used previously by the Ada community to evaluate the efficacy of the Ada concurrency and real-time models. Our results indicate that the Real-Time Specification for Java is expressive enough to cope with the demands of real-time concurrent programming. If it can be implemented efficiently, it will provide an alternative to Ada 95 for programming real-time systems.     

Flexible Real-Time Linux*: A Flexible Hard Real-Time Environment

This paper presents a framework appropriate for Flexible Real-Time Systems (FRTS) and a run-time support system based on that framework, called Flexible Real-Time Linux (FRTL). The framework proposes to build each task as a sequence of mandatory and optional components and to separate their execution in two scheduling levels. This approach is shown to provide both hard guarantees and flexible behavior. The FRTL system has been implemented by enhancing the original capabilities of Real-Time Linux (RT-Linux), while maintaining its predictability and efficiency features. This paper also shows a complete schedulability test on which all sources of overhead of the FRTL itself have been introduced. By applying this complete test, the designer is able to safely guarantee a real-time application running on the FRTL system.     

Linux实时抢占补丁研究及实时性能测试

准确的量化数据可作为评测及选择实时Linux系统的参考依据。研究实时Linux系统中实时抢占补丁的关键特性,提出一种代码插桩的实时性能评测方法。在增加实时抢占补丁的Linux操作系统上加载运行测试程序,利用测试程序关键位置的代码探测段来获取运行系统中的重要信息,以完成实时性能的评测。对基于数控平台上该实时系统的中断响应时间和上下文切换时间等评测指标进行测试,结果表明,与标准Linux系统的评测指标相比,该系统的中断响应时间和上下文切换时间分别约减少10%和99%,达到了硬实时系统的要求,满足数控应用的实时需求。     

基于功能替代的实时事务调度

实时数据库事务除满足一般的一致性（完整性）限制外必须满足时限，故高成功率的调度策略是系统的关键，该文提出了一种基于功能替代性的事务模型，它定义事务为若干任务（事务步）的集合，每个任务又由若干功能等价的子事务组成，在每个任务（事务步）中取一个子事务就组成该事务的一个替代，该模型具有较强的描述能力，文章研究了事务预分析的策略与方法，分析了事务的可调度性，在此基础上，给出了相应的调度策略与方法，替代成为事务调度和并发控制的基本单位，一个替代成功执行则该事务可提交，但某替代夭折时还可选另外的替代，只有当全部替代都失败或超过（或必定会超过）截止期时，该事务才夭折，事务的替代特性使事务的执行有多条路径，提高了事务的适应能力和应力能力，从而提高了事务的成功率，文章还针对一个实验系统进行了模拟实验与性能分析。     

Coordination of intelligent agents in real-time search

Search is a fundamental problem-solving method in artificial intelligence. Traditional off-line search algorithms attempt to find an optimal solution whereas real-time search algorithms try to find a suboptimal solution more quickly than traditional algorithms to meet real-time constraints. In this work, a new multi-agent real-time search algorithm is developed and its effectiveness is illustrated on a sample domain, namely maze problems. Searching agents can see their environment with a specified visual depth and hence can partially observe their environment. An agent makes use of its partial observation to select a next move, instead of using only one-move-ahead information. Furthermore agents cooperate through a marking mechanism to be able to search different parts of the search space. When an agent selects its next move, it marks its direction of move before executing the move. When another agent comes to this position, it sees this mark and, if possible, moves in a different direction than the previously selected direction. In this way, marking helps agents coordinate their moves with other agents. Although coordination brings an overhead, from experiments we observe that this mechanism is effective in both search time and solution length in maze problems.     

On Using Real-Time Static Locking Protocols for Distributed Real-Time Databases

The use of Static Two Phase Locking Protocols (S2PL) for concurrency control in real-time database systems (RTDBS) has received little attention in the past. Actually, real-time S2PL (RT-S2PL) protocols do possess some desirable features making them suitable for RTDBS, especially for distributed real-time database systems (DRTDBS) in which remote locking is required and distributed deadlock is possible. In this paper, different RT-S2PL protocols are proposed. They differ in their methods of reducing the blocking time of higher priority transactions. Their performance is studied and compared with a real-time dynamic two phase locking protocol (RT-D2PL), called Hybrid Two Phase Locking (Hb2PL). The impact of different system and workload parameters, such as mean inter-arrival time of transactions, number of remote lock requests of a transaction, communication overhead for sending messages, and database size on their performance have been examined. The performance results indicate that the RT-S2PL protocols are suitable for DRTDBS in which the proportion of local locks of a transaction is small and the communication overhead for locking is high.     

实时数据流在钢铁生产过程监控系统中的应用

为了解决现有钢铁企业生产过程中存在的实时控制系统与企业级ERP系统之间的信息孤岛、实时数据保存困难和过程管理粗糙等问题,在基于实时数据流的基础上,设计了钢铁生产过程实时监控系统,并将实时数据与关系型数据结合,实现了工业生产的有效实时监控,使实时数据在过程能力管理领域中得以应用,达到精细和精确化管理,提高了钢铁产品质量,为企业获得了良好的经济效益.