电子光学系统最优化设计中的科学计算可视化技术

在提出的电子光学系统最优化设计与科学计算可视化相结合的新构想－－可视化最优化设计中，以电子发射系统为例，提出了一种有效方法，逆向匹配插值法，可以将优化搜索过程中电子轨迹显示成电子束密度分布，进而为电子光学系统最优化设计实现实时控制和在线提供了可能性，还与类蒙特卡罗方法作了比较和讨论。     

以传统食品包装为载体的东莞元素信息可视化设计研究

在自媒体迅速发展的背景下，信息可视化设计成了设计学科的一个重要分支，几乎取代了传统的平面设计。选取以美食著称的东莞市为研究对象，从信息可视化设计及其特点出发，阐述了东莞元素在以食品包装为载体的信息可视化设计中的应用要点，分析了传统食品包装设计与东莞市元素的联系，提出了基于传统食品包装设计的东莞元素信息可视化设计路径。研究结果对有效应用信息可视化技术、正视传统文化元素以及传播地域元素都具有极为重要的意义。     

一种实现小批量准时化生产的可视化电子看板系统

针对传统看板方式不适用于多品种、小批量订单生产的诸多问题,提出了一种新的、基于可视化电子看板技术的解决方案,使得准时化生产方式能成功运用于多品种、小批量订单的市场环境。以电子产品的生产场景为例,采用过程分析的方法,进行了新看板运行流程的设计,提出了可视化电子看板系统的结构、关键技术和适用环境条件。     

协同设计约束信息可视化系统

随着设计内容的丰富、设计对象的复杂化和网络环境下的动态性与不确定性,协同设计中需要考虑和解决的约束信息也日益复杂.利用可视化技术能够帮助设计人员更好的掌握协同环境下复杂、动态的约束关系,进行高效的设计.提出了协同设计约束信息可视化系统,叙述了约束建模、可视化映射、渲染显示以及交互处理等问题.以沙发设计为实例说明了系统的可视化效果.     

基于红色文化的数据新闻可视化设计研究

目的 对数据新闻可视化的研究现状进行了梳理和分析。方法 以数据新闻可视化的概念为基础，从其发展、特征、用户需求与研究流程，以及红色新闻文化的特征，对红色数据新闻的发展和意义进行了探讨。结论 概括了数据新闻可视化的本质，梳理了红色数据新闻可视化研究的流程与设计目标，并进行设计实践。针对“外国视野下的中国共产党”这一主题进行可视化设计实践，采集建党百年以来的大事件中来自国外相关人群的评价，挖掘数据背后的含义，为用户了解中国共产党在国际舞台的影响力提供帮助。从可视化实践中挖掘中国共产党的发展与国外评价的变迁，对相关类型的设计实践和理论发展有较好的借鉴意义。从研究中可以清楚地看到随着中国国际地位越来越高，世界各国也更加关注中国的发展。     

以静态信息图为例的可视化作品评判指标研究

目的 针对目前可视化作品评价方法分散且无明确的评价标准的现状，建立一个能系统有效反映读者读图主观感知与信息图客观设计效果相关性的评价体系。方法 以信息感知与视觉认知理论为基础，分析总结高传播度、高认可度的静态可视化作品共性，查阅现代信息可视化设计研究，归纳可视化作品的评价维度，构建可视化作品的评价指标。结果 总结出从受众感知认知与设计构成2个视角出发的可视化作品评价指标，并通过实验应用验证了评价指标指导设计的可行性。结论 可视化评价指标从客观与主观2个角度出发，提供了可复用、可量化的评价维度与指标项，为信息可视化作品提供了评价途径并通过实验分析论证了该评价指标的可行性。     

产品声音的交互式聚类设计研究

目的 声音是产品和用户之间的一种沟通媒介,为了增进设计师对产品声音的理解、合成与设计匹配,提出一种交互式可视化产品声音数据聚类分析框架。方法 首先通过神经网络将设计师感官描述式信息与声音的特征参数进行融合嵌套;其次基于高斯混合模型来描述非线性几何分布的产品声音数据;最后设计师输入个人先验知识经验参与交互聚类。结果 基于Python的Anaconda3包开发了产品声音交互式聚类的可视化分析实验工具,得到最优化产品声音聚类结果。结论 该产品声音交互聚类可视化分析工具融合了声音技术参数和人脑听觉反应机制,在聚类过程中允许用户参与交互并融入用户的先验知识,并行视图可以实时显示数据元素的流向和判别类别的稳定性。同时,可视化分析可以帮助用户横向比较各聚类结果的异同,样本的比例分布与合理性,以期寻求最优聚类结果。     

信息可视化在视觉传达设计领域中的应用研究

随着信息技术的不断发展，信息可视化这一概念在视觉传达设计领域中占据着越来越重要的地位。简述了信息可视化的应用领域及相关应用技术；结合相关案例，分析了信息可视化在包装设计、海报设计、书籍设计等不同领域的应用体现，以期为信息可视化在视觉传达设计领域中的应用提供参考。     

基于4D CAD的大型桥梁施工进度系统仿真研究

随着桥梁建设的发展，传统横道图与网络图已成为施工管理水平提高的制约因素。将面向对象的复杂工程系统仿真方法与CAD数字建模方法相结合，将桥梁的3D整体模型和施工进度相链接，提出了基于4D CAD的桥梁施工系统仿真思想，使施工过程的动态可视化与直观分析优化后的施工进度成为可能。以Visual C++作为仿真平台，设计编制了桥梁施工4D CAD可视化仿真软件。研究成果在某斜拉桥工程施工组织设计中得到成功应用，验证了基于4D CAD的大型桥梁可视化仿真方法在斜拉桥施工进度分析与优化方面的实用性和优越性。     

手机界面信息层级可视化设计的秩序

目的对手机界面信息可视化元素秩序性设计进行分析。方法信息具有内生性逻辑,构成金字塔型的信息层级,通过信息可视化传达与受众阅读接收心理进行研究。结果寻找和运用布局、色彩、布白、字体字号等视觉元素的秩序,进行合理准确表达,构建起科学系统的信息可视化有效方法,达到视觉最优化。结论使受众有愉悦的阅读心情并快速地获取信息,从而实现最美和最易阅读的目标。     

遗传算法用于电子枪发射系统的全局最优化设计

常用的优化设计方法 ,如单纯形法、Powell法等 ,易陷入局部最优解。而遗传算法是一种新兴的直接搜索最优化算法 ,它模拟达尔文遗传选择与自然进化的理论 ,根据“适者生存”和“优胜劣汰”的原则 ,借助“复制”、“交换”、“突变”等操作可以得到全局最优解。本文将遗传算法运用于电子枪发射系统的最优化设计 ,得到了使交叠点半径尽可能小的发射系统的最佳结构和相应电参量     

CCD摄象光学系统的优化设计

本文阐述了优化 CCD 摄象光学系统的设计思想。从满足 CCD 摄象系统的测量精度出发,采用优化设计的方法,探索了 CCD 摄象光学系统结构型式及各种性能参数设计的新途径。实践证明,这是设计 CCD 摄象光学系统的一种经济、有效的方法。     

聚焦离子束系统中离子枪的优化设计

叙述了聚焦离子束离子光学系统中离子枪的优化设计，采用复合形法进行优化设计后的离子枪，其发射性能、光学性能和工作寿命都显著提高。     

A design method of spatiotemporal optical pulse using level-set based time domain topology optimization

Recently, two emerging areas of photonics research, ultrafast photonics, and nanophotonics have started to come together. One of the main problems in this field is the precise control of spatial and temporal profiles of the optical pulses. In this paper, we propose a design method for user-specified spatiotemporal optical pulses using a level set-based time-domain topology optimization method. In the proposed method, the optimization problem is formulated based on time domain Maxwell equations so that the spatiotemporal optical pulses can be treated directly. The objective function is defined using the envelope information of the pulses, and an efficient way to calculate this information, based on calculations of the complex electromagnetic field, is introduced. A level set-based topology optimization method is applied to obtain optimized configurations. Using the proposed method, the spatiotemporal user-specified pulse profiles can be designed by modifying the structural details of the nanostructures through which the pulses propagate. As a simple example, we demonstrate that the optimized structures focus optical pulses into a single or multiple focal points with a user-specified pulse-width. The results show that the proposed method is able to design highly controlled spatiotemporal optical pulses by engineering the nanophotonic structure.     

Computational imaging systems: joint design and end-to-end optimality

A framework is proposed for optimal joint design of the optical and reconstruction filters in a computational imaging system. First, a technique for the design of a physically unconstrained system is proposed whose performance serves as a universal bound on any realistic computational imaging system. Increasing levels of constraints are then imposed to emulate a physically realizable optical filter. The proposed design employs a generalized Benders' decomposition method to yield multiple globally optimal solutions to the nonconvex optimization problem. Structured, closed-form solutions for the design of observation and reconstruction filters, in terms of the system input and noise autocorrelation matrices, are presented. Numerical comparison with a state-of-the-art optical system shows the advantage of joint optimization and concurrent design.     

Rigorous electromagnetic design of finite-aperture diffractive optical elements by use of an iterative optimization algorithm

We propose a rigorous electromagnetic design of two-dimensional and finite-aperture diffractive optical elements (DOEs) that employs an effective iterative optimization algorithm in conjunction with a rigorous electromagnetic computational model: the finite-difference time-domain method. The iterative optimization process, the finite-difference time-domain method, and the angular spectrum propagation method are discussed in detail. Without any approximation based on the scalar theory, the algorithm can produce rigorous design results, both numerical and graphical, with fast convergence, reasonable computational cost, and good design quality. Using our iterative algorithm, we designed a diffractive cylindrical lens and a 1-to-2-beam fanner for normal-incidence TE-mode illumination, thus showing that the optimization algorithm is valid and competent for rigorously designing diffractive optical elements. Concerning the problem of fabrication, we also evaluated the performance of the DOE when the DOE profile is discrete.     

遗传算法用于衍射光学元件的优化设计

提出了一种基于遗传算法的衍射光学元件优化设计方法;在衍射光学元件设计中遗传算法运行参数对遗传算法性能有一定的影响:采用较大的群体规模,遗传算法越容易获得最优解;交叉算子越大,遗传算法全局搜索能力越强;选择算子对遗传算法的影响不是太大;如果要进一步提高解的精度,可选取较大的终止代数。数值计算结果表明,用遗传算法优化设计的衍射光学元件,其误差小于 5.2%,衍射效率达到 91.2%。遗传算法很适合衍射光学元件的优化设计。     

Particle swarm optimization-based approach for optical finite impulse response filter design

This study presents what is to our knowledge a new and efficient method for the design of an optical finite impulse response (FIR) filter by employing a particle swarm optimization technique. With the method proposed, the design of an optical FIR filter, which is able to provide an arbitrary spectrum output based on crystal birefringence, could be implemented with good performance and high efficiency. The design procedure is discussed. A typical example of a green/magenta filter used in a liquid crystal on silicon projection display is included to demonstrate the feasibility and efficiency of this method in this design process as compared with simulated annealing.     

Efficient optimization of diffractive optical elements based on rigorous diffraction models.

An efficient optimization strategy for the design of diffractive optical elements that is based on rigorous diffraction theory is described. The optimization algorithm combines diffraction models of different degrees of accuracy and computational complexity. A fast design algorithm for diffractive optical elements is used to yield estimates of the optimum surface profile based on paraxial diffraction theory. These estimates are subsequently evaluated with a rigorous diffraction model. This scheme allows one to minimize the need to compute diffraction effects rigorously, while providing accurate design. We discuss potential applications of this scheme as well as details of an implementation based on a modified Gerchberg-Saxton algorithm and the finite-difference time-domain method. Illustrative examples are provided in which we use the algorithm to design Fourier array illuminators.     

包含光源面积的整体相位衬度调制传递函数

在部分相干光学理论的基础上,建立了一个整体相位衬度调制传递函数理论模型,模型中包含了光源焦点面积大小对X线相衬成像系统相位调制的影响,并通过数值模拟和数据计算,提出了X线相衬成像系统对光源焦点面积的选择原则,和焦点面积确定条件下的成像参数优化方法,结果表明,这种包含X线光源面积因素的相位衬度调制传递函数模型,更能反映整个系统的光学成像性能,更能有利于成像参数的优化设计。