高精度曲面建模优化方案

目的 为了进一步提高高精度曲面建模（HASM）方法的模拟精度和计算速度,进而拓宽该模型的应用领域,提出了新的HASM模型算法。方法 采用新的差分格式计算HASM高斯方程中的一阶偏导数,以HASM预处理共轭梯度算法为例分析改进的差分格式对HASM的优化效果。结果 数值实验表明：在计算耗时及内存需求不变的情况下,采用新的差分格式的HASM算法可以显著提高单次迭代的模拟精度,同时能够降低关键采样点缺失对模拟结果精度的影响。进一步研究发现,当HASM采用新差分格式与原始差分格式（中心差分）交替迭代时,能够快速降低模拟结果的误差。结论 本文算法当达到指定的精度条时能够显著减小计算耗时,同时还能降低关键采样点缺失对模拟结果的影响。     

高精度曲面建模：HASM4

为了解决高精度曲面建模方法的速度问题,在大量数值实验的基础上,将模拟迭代方程HASM3改进为HASM4。分析结果表明,HASM4的CPU时间较HASM3有了大幅度的减少,而且随着计算域栅格总数的增加,这种减少幅度呈负幂指数规律;同时,随着计算规模的增大,HASM4达到收敛所需的迭代次数较HASM3达到收敛所需的迭代次数呈直线下降趋势。HASM4减少了模型计算量,提高了模型的运行速度,其模拟精度与HASM3相比也有一定幅度的提高。     

高精度曲面建模优化方案研究

目的：为了进一步提高高精度曲面建模（HASM）方法的模拟精度和计算速度,进而拓宽该模型的应用领域。方法：本研究采用新的差分格式计算HASM高斯方程中的一阶偏导数,以HASM预处理共轭梯度算法为例分析了改进的差分格式对HASM的优化效果。结果：数值试验表明：在计算耗时及内存需求不变的情况下,采用新的差分格式的HASM算法可以显著提高单次迭代的模拟精度,同时能够降低关键采样点缺失对模拟结果精度的影响。进一步研究发现,当HASM采用新差分格式与原始差分格式（中心差分）交替迭代时,能够快速降低模拟结果的误差。结论：本文基于HASM模型控制方程的离散差分改进格式,提出了新的HASM模型算法,新算法一方面当达到指定的精度条时能够显著减小计算耗时,另一方面还能降低关键采样点缺失对模拟结果的影响。     

高精度曲面建模方法的系统构建

高精度曲面建模方法（HASM）是一种基于微分几何学曲面理论的曲面建模方法。大量数值实验表明,HASM的模拟精度高于Kriging、IDW、Spline等经典的插值方法,并已成功应用于土壤属性曲面建模、气温要素、DEM构建及生态系统变化趋势等领域。由于目前的HASM程序大多是用Matlab、C++、Fortran等语言开发的,受开发工具的限制,尚没有便于使用的图形界面,阻碍了方法的推广应用。针对这个问题,利用C#语言,在Visual Studio中构建了基于windows窗体的HASM模型系统,并做了一定的数值测试实验,结果表明了该系统的有效性。     

GPU加速的高精度数字地面模型建模方法

以曲面轮为基础发展的高精度曲面建模方法（HASM）可以建立具有高精度的数字高程模型,但使用该方法需要求解偏微分方程离散产生的大规模线性方程组,计算量巨大,严重制约了对大规模数据的模拟应用;而现代GPU技术的发展使GPU越来越广泛地应用于通用计算加速。为了提高HASM方法的模拟速度,把高精度曲面模拟与GPU通用技术相结合,提出了GPU加速的高精度曲面建模方法。把HASM模拟过程中的有限差分离散、离散后的大规模线性系统求解分别使用GPU进行分解,使用共轭梯度（CG）和预处理共轭梯度方法（PCG）将求解任务分解为可以并行处理的独立的多任务,使得计算任务并行化,同时并行运行大规模线程,每个线程执行一个独立的任务,充分利用了现代GPU强大的通用计算能力,并行处理以获得加速。利用并行化加速的高精度曲面建模算法使用英伟达公司的统一计算开发架构（CUDA）编程实现,GPU采用该公司的Quadro 2000。分别应用该算法进行了数值实验和实际项目区数字高程模型（DEM）模拟实验。实验结果表明,充分利用GPU的并行处理能力加速后的HASM方法,在保证达到相同曲面模拟的精度条件下,和传统的CPU方法相比,算法可以获得超过一个数量级的加速。     

基于高精度曲面建模的物体表面形变监测

道路、隧道、桥梁等物体表面形变监测是质量安全保障的重要前提。针对其表面监测问题,提出一种基于激光栅格化采样和高精度曲面建模的物体表面监测方法。该方法对监测物体表面利用栅格化采样进行高精度曲面建模和插值,通过多项式空间插值估计监测点的真实值和曲面第一、二基本量,对物体表面沉降和曲率半径参数变化角度进行监测。为验证该方法的有效性,在两组不同复杂程度的已知曲面上随机选取100个测试点,针对采样密度和插值密度分别进行数值仿真实验,并利用实物模型构建模拟形变实验,进而对测试点处的沉降变化和曲率半径变化进行监测。实验结果表明：在仿真实验中,高栅格化采样密度和插值密度能够大幅提高曲面重构精度,并降低物体表面不同复杂程度对监测精度的影响;在实物模拟形变实验中,沉降测量精度可达98.41%,曲率半径变化检测精度可达81.82%。     

动态浓烟建模与实时绘制技术研究

基于气体动力学和粒子系统理论,本文给出了一种实时生成动态浓烟的方法。算法以球为基本粒子对烟进行造型,采用动态纹理映射技术和透明度扰动方法,来模拟烟的浓淡变化,采用简化物理方法,来描述浓烟的运动。与传统的粒子系统和随机湍流运动模型相比,该算法既正确模拟了烟的行为,又降低了计算复杂性,真实再现了动态浓烟的视
视觉效果。     

高精度高速度曲面建模的3维地表模拟和漫游算法

三维真实感地形场景是生态系统模拟、虚拟地理环境和三维GIS不可或缺的要素,而高精度高速度曲面建模方法可以动态实时构建高精度曲面模型。论文引入高精度高速度曲面建模方法,提出了一种可以动态生成地表模型并实时绘制和漫游三维真实感地表的方法。该方法实时动态建立高精度DEM,结合改进的视点依赖多分辨率绘制方法,随视点改变动态重建并绘制当前DEM。首先建立当前可见场景的DEM,然后通过依赖于视点的简化等处理建立层次细节模型,进行实时场景绘制和漫游,随视点改变,在当前场景基础上动态加点和减点更新DEM及层次细节模型,生成当前可见场景,以次循环。实例测试表明,算法可产生真实感较强的场景,实时漫游效率较高,模拟精确。     

动态环境耦合下的行为建模与模拟现状分析

本文对耦合动态环境的行为建模与模拟进行综述,主要从动态环境研究现状、行为建模与模拟的研究现状、动态环境下的行为建模与模拟的挑战三个方面进行分析与探讨.对于动态环境的现状,本文从数据组织方法和建模方法两个方面进行分析.对于行为建模与模拟现状,分为个体行为和群体行为分别进行探讨.针对以上两方面的研究与分析结果,本文就现阶段...     

数值模拟实时三维可视化的C#与OpenGL实现

计算实时三维可视化已成为当代CFD/NHT等大型数值模拟软件的基本要求,C#中提供的GDI+显然无法满足.所幸目前已有一些成熟的3D图形开发库,如OpenGL和Direct3D,然而这两者所提供的函数均为C接口的API形式.并且利用C/C++、VB以及Fortran等语言开发OpenGL实现的技术已相对成熟,但在.NET环境下开发的技术对于程序员来说,仍可称为一种挑战.本文以哈尔滨工业大学开发的HITurbine为例.较为仔细地讨论了在.NET下利用C#与OpenGL实现的三种方式.这是在.NET环境下开发具有三维可视化程序的第一步,同时也可以作为一般数值模拟软件计算实时三维可视化的基本框架.     

城市柔性配电网实时仿真平台IEC61850建模

南方电网公司建立了某大学城市配电网柔性互联系统示范工程来模拟和研究微电网与大量分布式电源接入实际配电网的运行情况。本文首先介绍了示范工程的基本构成和所用仿真平台的基础原理。其次,为满足仿真平台中电网模型和相关设备的IEC61850标准化,进而实现与其他IEC61850装置的成功交互,本文设计了一种涵盖实时仿真器“四遥”信息建模、UDP协议转换和MMS服务器软件实现的解决方案,并提供了相应的仿真平台端口通信验证方法、IEDScout模型验证方法和“四遥”功能验证方法。最后,本文完成了实时仿真器的信息建模、UDP到IEC61850的协议转换,实现了实时仿真器与IEC61850客户端的数据传输和配电网系统中的“四遥”功能,为后续的工程实现提供指导,也为国内新型配电网运行模式和IEC61850的研究提供参考。     

管件液压胀形机电液系统建模仿真与试验分析

内高压成形液压机侧缸通常采用阀控非对称缸设计,结构上的非对称性造成了两个方向上动态特性不对称,给侧缸同步控制造成了困难。通过给出了内高压成形液压机侧缸位置同步控制系统的数学模型,并对模型采用SIMULINK软件进行计算机仿真,对上述问题提出了同等方式、主从方式、同等＋主从方式三种策略,并进行了比较与分析。最后给出了试验结果,并对从响应的快速性和精度方面对试验结果进行了分析。结果表明,采取的控制策略合理可行且设计简单,位移和压力系统均能正常工作,对于其它内高压成型机非对称缸同步控制具有重要参考价值。     

目标三维场景建模与实时红外仿真技术研究

针对景象匹配系统对红外图像实时性的要求越来越高的特点,提出了基于目标三维场景的实时红外仿真方法。首先,设计了红外场景仿真的总体方案;其次,对材质红外图像计算、红外图像数据库建立、基于全球三维场景的实时红外场景建模三个关键技术做了初步实现;最后,结合红外场景仿真方案完成了系统。实验结果表明：该方法生成的红外图像与实拍红外图像的变化规律基本一致,从而为实时制备红外基准图提供了一种有效途径。     

低空突防视景系统的三维建模与实时仿真

首先介绍了低空突防视景仿真系统的功能和组成,然后基于标准数字地图,对地形地貌场景进行了三维建模,同时利用碰撞检测技术进行地形匹配和威胁判断,为飞机进行实时定位.最后在PC图形工作站上实现了满足实时性要求的低空突防视景仿真系统.     

星务1553B总线仿真板卡指令执行的高实时性设计

为实现对某新型卫星总体1553B总线新的“1秒20帧,1帧50条消息”的“帧消息模式”的仿真,研究并实现了一种在满足“帧消息模式”的基础上,使1553B总线仿真板卡的指令执行时间延迟小于1 ms的新方法;在分析原星务仿真系统实现机制的基础上,改进软件的整体设计,并在VxWorks下位机中设计了高精度时间获取模块与板卡控制模块等,实现了高精度、短消息传输执行时间的星务1553B总线仿真系统;结果表明:该系统不仅满足对“帧消息模式”的仿真,且将1553B板卡指令执行最大延迟时间缩短为0.713 ms,相对于原星务仿真系统中4.5 ms的最大延迟,指令执行精度提高了6.5倍以上,为被测设备的故障排查、问题定位提供准确的时间数据支持。     

被动声纳目标建模及实时仿真

通过分析舰船辐射噪声的水声特性,提出了工程上应用的舰船辐射噪声连续谱和线谱的数学模型,仿真得到了期望的舰船辐射噪声信号.利用通用的硬件资源和底层控制软件,开发了实时仿真软件,实时输出舰船辐射噪声的模拟信号,经有源信号衰减板衰减为微弱模拟信号.实验证明,得到的微弱模拟信号很好地再现了典型舰船辐射噪声的水声特性,作为被动声呐实时仿真的信号源,可用于半实物仿真及系统测试.     

自由射流高空模拟试车台系统建模与仿真研究

介绍了面向对象的系统建模仿真关键技术,分析了其在解决大型复杂系统动态仿真方面的优势。针对自由射流高空台系统,给出了自由射流供气喷管、气动阀门等一些关键仿真元件的建模思路与模型验证情况。在此基础上搭建了简化的自由射流空气原理系统,并利用简化后的模型开展了对马赫数、马赫数/高度过渡态模拟能力的仿真。结果表明,该套系统原理可行,若要实现工程应用,尚有许多控制上的问题需要克服。最后,给出了另外一种工程应用的思路。系统仿真技术对于大型复杂系统动态问题模拟来说是良好的解决方案,该技术需要大量的早期投入和设备试验数据支持。     

一种面向虚拟环境的真实感水波面建模算法

给出了一种新型的模拟真实感水波面的建模算法．引入Perlin噪声作为水面高度场动态变化的激励源,依靠噪声的平滑特性来模拟水面连续动荡变化的效果．为了避免对每个水面网格点进行噪声计算,使用了准均匀B样条曲面来构造水波面,将噪声施加于B样条曲面的特征控制点,间接地控制水面高度场,这样在不增加噪声计算量的情况下可以对水面进行高分辨率的细分,而B样条曲面的生成速度依靠图形硬件的加速功能得以保证．用独立于视点的Cube Map纹理映射技术模拟了水面的反射效果,用跟踪视向量对应的折射向量的方法模拟了折射效果．实践证明,用该算法模型在普通PC平台上即可实时模拟真实感水波面．     

球头铣刀铣削表面形貌建模与仿真

为了研究铣削加工的表面形貌,文章给出了考虑刀杆柔性的螺旋刃球头铣刀的动态铣削过程模型,并基于广义加工表面创成理论、球头铣刀丸线模型和铣削运动模型,对球头刀动态铣削表面形貌进行了建模和仿真。