人体软组织建模与实时仿真

虚拟手术系统在医学中实时仿真以建立可供手术前规划和手术时参考的虚拟环境。由于人体器官大多由软组织构成,有限元法能够精确地进行软组织几何大变形仿真。加速有限元仿真有多种方法,文章采用基于模态分析的模型约简方法,对软组织有限元模型进行模态分析,将约简子空间中的形变向量重构到原始空间,从而实现软组织实时仿真。实验结果表明,采用模型约简方法能够在仿真效率和真实性之间取得较好的平衡。     

实时交互式软组织切割与变形计算模型

为提高虚拟手术模拟的交互性与实时性,提出一种软组织实时切割与变形计算模型.该模型以混合有限元模型为基础,根据手术过程中不同区域的交互特点,利用GPU加速手术区域的切割与变形计算;同时,对非手术区域的软组织因交互而引起的实时变形可通过选择性相乘的方法快速实现.实验结果充分证明,该计算模型可以灵活有效地实现实时软组织的交互切割与变形模拟.     

虚拟针刺人体软组织建模仿真

针刺人体软组织是医疗诊断中比较普遍使用的治疗手段,然而细微的针刺操作对医生的能力提出较高的要求.医生可采用虚拟现实技术来进行大量的训练,获得宝贵的经验.虚拟针刺过程中的软组织变形是重要研究内容.文章采用有限元方法建立软组织模型,使用GPU加速仿真的方法,实现针刺软组织的仿真.实验结果表明,软组织模型在针刺作用下,能产生...     

OpenCL加速的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真

为了提高柔性体变形仿真运行速度并且解决切割对变形计算稳定性的负面影响,提出了能与GPU加速的变形算法协同运作的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真方法.柔性体模型由真实四面体网格嵌入虚拟四面体网格中构成,前者用于碰撞处理和图形渲染,而后者则用于变形计算.切割算法首先分裂真实四面体网格;然后复制包含超过一块真实四面体连通碎片的虚拟四面体,每个复制品包含一块真实四面体碎片;再根据真实四面体之间的连接关系更新虚拟四面体之间的连接关系;最后更新真实四面体网格与虚拟四面体网格之间的镶嵌关系.为了确保仿真系统不被限制在NVIDIA公司的GPU上,GPU加速使用OpenCL实现.仿真测试结果表明,该方法可以在任意多次切割情况下保持变形计算稳定不发散,并且在NVIDIA公司和AMD公司的GPU上都可以正确运行.     

虚拟手术实时物体碰撞检测和软组织变形研究

针对虚拟手术系统中实时碰撞检测和软组织变形的问题进行了研究。对于实时碰撞检测,使用了包围盒检测结合三角面片检测的方法来检测物体之间的碰撞,并且找到相互碰撞的两个三角面片。对于软组织变形,使用了一种基于胡克定律的弹簧质点模型来虚拟仿真变形,并提供了控制点移动的方法。采用优化虚拟手术中的物体碰撞检测方法,减少了不必要的计算和增强了系统的精确度;简化了软组织变形的算法,相对加快了有限元模型运算速度。对推动虚拟手术的发展具有积极的意义和作用。     

虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究

对虚拟手术仿真中人体软组织形变技术进行深入研究,利用OpenGL三维图形标准建立了基于质点-弹簧物理模型的虚拟人体软组织形变系统。围绕虚拟手术仿真中人体软组织形变的逼真度和实时性两大要素展开研究,通过对比四边形网格结构提出了改进的基于质点-弹簧模型的正六边形几何拓扑结构,并对软组织形变动力学模型及其数值积分算法、软组织形变力反馈计算模型进行了讨论,针对以往的虚拟手术器械与软组织表面接触时作用点的最近邻质点求取算法存在的不足,提出了改进的求取算法。实验结果表明,改进的算法在模拟软组织形变时具有较好的稳定性和实时性。     

虚拟显微白内障手术系统人机交互接口设计

基于虚拟现实技术的显微白内障手术仿真训练系统对显微环境下眼科手术操作培 训具有重要的意义。为此,设计并搭建了一套具有高度沉浸感的虚拟显微白内障手术训练系统 的软硬件环境。硬件部分系统以 HTC Vive,Geomagic Touch X 为硬件基础,设计手术器械转换 接口以搭建高保真手术操作环境;软件部分采用基于位置动力学方法(position-based dynamics) 模拟手术过程中眼角膜软组织的变形、穿刺及缝合操作,并采用 GPU 并行计算对手术仿真过程 进行加速。最后,实验结果表明该系统可以实现自然的显微眼科手术人机交互环境,使年轻医 师获得高沉浸感的真实手术训练体验,从而达到一定的培训效果。     

实时力反馈技术在手术仿真中的实现与应用

文章介绍了一种应用于手术仿真中的实时力反馈技术。主要讨论了其实现的步骤过程和系统仿真结构,分析了其采用的质点-弹簧-阻尼器物理仿真模型,并描述了手术仿真中虚拟手术器械挤压软组织模型的面弹力和在软组织表面上的粘滞摩擦力的实现原理和方法,同时,为手术仿真中实时力反馈的实现和应用提出了一种解决的方案。     

虚拟手术流血模拟的GPU加速实现

目的 流血效果是虚拟手术模拟器视觉效果的重要组成部分,血流与固体交互的庞大计算量使取得实时的流血模拟效果具有很大的挑战性。提出一种基于图形处理单元(GPU)加速的虚拟手术流血效果模拟方法。方法 该方法以Müller等人提出的光滑粒子动力学(SPH)作为基础,采用温度项使粒子具有不同速度模拟血流形成的血槽,同时基于构建均匀空间网格的思想,利用通用并行计算架构(CUDA)多线程并行加速技术完成粒子控制方程的求解和血流与固体交互的计算,从而取得实时的效果。结果 实验结果表明,本文方法能够满足虚拟手术中切割表面流血和血液在器官中流动的模拟需求,在粒子个数为9000时仅需20 ms,对比于纯CPU的实现取得20.15倍的加速比,实现了大量粒子下的实时流血模拟。 结论 本文方法具有较好的灵活性和实时性的特点,可以应用于虚拟手术仿真系统之中。     

基于GPU加速的粒子流体动力学流血模拟算法

流血模拟是虚拟手术训练系统的重要组成部分。然而,流血模拟的真实性和庞大的计算量对手术训练系统具有很大的挑战。提出一种基于GPU加速的方法以解决虚拟手术中的流血效果模拟的实时性问题。该方法利用网格法实时划分问题区域,创建以支持域为边长的空间网格。通过临近网格搜索最近相邻粒子,并且通过并行计算架构(CUDA)多线程并行加速技术完成粒子控制方程的求解以及血液与固体交互的计算,大大提高了运算效率,从而提高了手术训练的实时性。一种改进的移动立方体算法(marching cube)用于流体表面的渲染,大大提高了手术训练的真实性。实验结果表明,该方法能够满足虚拟手术过程中流血的模拟需求,相比于CPU的实现,速度明显提升。     

机车空调逆变电源设计

本文讨论的是机车空调逆变电源系统的设计与研究。该电源系统主要是由DC/DC的BOOST升压部分和DC/AC三相逆变部分两部分组成。DC/DC部分所得直流电压通过DC/AC部分逆变成三相交流电,供给空调机组工作。同时,为使电源系统能更可靠的运行,也设计了相应的故障检测、保护等辅助电路。     

联合收割机脱粒滚筒恒速智能控制器设计

研究了轴流式联合收割机的控制问题,给出了联合收割机脱粒滚筒的数学模型,介绍了基于模式识别的智能控制原理,建立了联合收割机脱粒滚筒恒速控制模型,设计了基于模式识别的智能恒速控制器.应用Matlab/Simulink进行了控制器仿真,其结果表明,将基于模式识别的智能控制应用于联合收割机脱粒滚筒的恒速控制,其过渡过程平稳、响应速度快、无超调、无振荡并且无稳态误差.     

计算机辅助课表编排技术的研究

讨论了几种实用的计算机辅助课表编排技术及在实际编排中的应用。应用分析表明，采用分批与或图搜索和分批优化的匈牙利算法相结合的方法，在计算机辅助课表编排中是行之有效的。     

Complexity of approximation of 3-edge-coloring of graphs

The problem to find a 4-edge-coloring of a 3-regular graph is solvable in polynomial time but an analogous problem for 3-edge-coloring is NP-hard. To make the gap more precise, we study complexity of approximation algorithms for invariants measuring how far is a 3-regular graph from having a 3-edge-coloring. We show that it is an NP-hard problem to approximate such invariants with an error O(n1−ε), where n denotes the order of the graph and 0<ε<1 is a constant.     

桥面损坏状态评估专家系统探讨

介绍关于桥梁结构损坏状态评估专家系统，在讨论状态评估方法的基础上，重点介绍损坏状态评估因素关系树的建立及各因素状态的模糊表达式等，最后以桥面诊断过程为例介绍系统的构成及诊断流程图，知识表达方式，系统推理过程及工作流程。     

Topological formulation of termination properties of iterates of functions

We consider a number of decision problems, that appear in the dynamical systems and database literature, concerning the termination of iterates of real functions. These decision problems take a function as input and ask, for example, whether this function is mortal, nilpotent, terminating, or reaches a fixed point on a given point in . We associate topologies to functions and study some basic properties of these topologies. The contribution of this paper is a translation of the above mentioned decision problems into decision problems concerning well-known properties of topologies, e.g., connectivity. We also show that connectivity of topologies on is undecidable for n>1.     

矿用传感器的伪数据滤除方法

介绍了矿用传感器的组成和工作原理,分析了矿用传感器伪数据的表现形式和产生的原因,并从抗干扰设计、低功耗设计和信号输出方式等方面提出了矿用传感器伪数据滤除的基本方法。实际应用表明,该方法减少了矿用传感器产生伪数据的几率,提高了矿用传感器的稳定性和安全监控系统的可靠性。     

实现三维喷绘的软件系统设计

对三维喷绘软件系统的设计,通过USB 2.0实现与喷绘主板的高速图像数据通信。基于ARM与MCX314的运动控制器实现实时三轴运动控制以及精确的喷头时序控制,论述USB驱动程序和ARM固件的开发。结果表明,该系统具有设计简洁、成本低、可扩展性强和实用性高等特点。     

辐照仪控制系统的设计

通过使用可编程控制器中的专用脉冲输出指令和高速计数器,实现了对辐照仪步进电机的精确控制。介绍了辐照仪的工作过程和控制系统的组成,给出了控制软件的流程及控制步进电机转动误差的措施,并利用触摸屏实现了人机界面控制。实际应用表明,该系统性能可靠、控制精确、实用性强。     

传输线信号完整性的反射分析

针对高速电路系统的传输线信号完整性问题,通过对高速电路PCB上传输线等效电路的分析,给出了信号传输时产生反射现象的原因;介绍了常用的消除反射的方法,即选择均匀传输线、采用合适的拓扑结构布线和阻抗匹配法,指出阻抗匹配法可解决信号传输的反射现象;阐述了源端阻抗匹配法和负载端阻抗匹配法消除反射的原理和适用条件。针对时钟电路中的反射问题,采用PADS/Hyperlynx软件对阻抗匹配法进行仿真,结果表明,阻抗匹配法能够改善信号传输的反射现象。