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.     

改进的布尔方法及其在虚拟ACL手术中的应用

为了实现在虚拟ACL手术中对骨骼模型进行钻孔操作的动态模拟,提出了一种针对面网格模型的改进布尔操作方法.首先对与切割曲面相交的三角形进行细分,并移动切割曲面附近的网格顶点使其位于曲面上,实现模型表面上的布尔操作;然后对切割曲面附近的模型表面进行平滑处理,以消除在顶点移动操作中带来的模型表面锯齿状现象;最后采用前沿推进方法生成模型的内壁网格,并利用基于时间的钻孔深度控制函数实现对钻孔操作过程的动态模拟.该方法消除了近似布尔方法中的"T"型点问题,能够保持模型表面平滑效果和切割边缘尖锐特征,实现了对布尔操作的动态模拟,满足实时性的要求.该方法适用于实时系统中针对面网格模型的动态、交互式布尔操作模拟.     

医学图像3维重建模型的虚拟剖切算法

对医学图像体数据及重构几何模型进行虚拟剖切,可以方便地看到内部的组织,便于观察和诊断,可用于医疗放射治疗规划.针对医学图像重建的表面几何模型,提出了对模型进行平面剖切、立体开窗及任意交互切割的算法.平面剖切和开窗是用剖切面或剖切体对重建模型施以剖切,在剖切面上生成边序列及顶点序列;由此边序列和顶点序列生成封闭的边界轮廓,确定各轮廓的包含关系;对封闭轮廓包围的截面区域进行Delaunay三角剖分,得到完整的剖切后的表面模型.任意交互切割过程是交互生成切割路径,确定切割边界,并沿切割边界对表面模型进行切割.实验结果证明了本文算法的有效性.采用本文算法可得到良好的虚拟剖切效果.     

一种基于三角网格结构的医学虚拟切割算法

针对由三角面片构成的医学表面网格数据,提出了一种简单可靠的网格切割算法。在移动切割工具的过程中采用OBB包围盒树进行碰撞检测。为了简化切割过程中OBB树的更新仅在首次发生碰撞时对由OBB计算得到的碰撞面计算碰撞点,在后续过程中通过切割工具的移动方向和网格的AIF数据结构计算碰撞面和碰撞点。网格切割算法采用顶点移动的方法,该法可以避免畸形三角面片的产生。实验结果表明,提出的算法能够很好的仿真医学导航系统中的切割过程。     

基于三维表面模型的任意切割算法*

通过对三维表面模型进行切割,人们可以方便地观察物体的内部结构。针对三维表面模型,提出了一种任意切割算法。任意切割过程首先是交互生成切割曲线,生成切割面;然后通过切割面对表面模型进行切割,在切割面上生成交线序列;再由交线序列与切割面边界生成封闭的边界轮廓,确定各边界轮廓间的包含关系;最后对边界轮廓包围的截面区域进行Delaunay三角剖分并着色,得到完整的剖面。实验结果证明了该算法的有效性和可行性。     

密集障碍物环境下移动机器人全局路径规划

针对粒子群优化算法用于障碍物密集分布环境下机器人全局路径规划存在的早熟、效率低等问题,提出了一种基于障碍物顶点信息搜索的双层(底层和顶层)粒子群优化算法。首先,循环运行若干次底层算法,快速获取若干条无碰路径,确定全局最优解的大致位置,并上传所得路径到顶层;顶层种群接受下层信息后,接着,进行局部精细搜索,以获取问题的最优解。同时,定义了基于障碍物顶点信息的脱障算子,对粒子的全局极值点进行脱障操作,以保证路径的无碰性且加快寻优效率。最后,仿真验证了该方法的有效性。     

基于邻域相似性的三角网格光顺算法

为了提高三角网格模型的质量,满足模型后续处理的要求,提出了一种基于邻域相似性的网格光顺算法。类比图像像素的灰度值,首先构造顶点的双边滤波微分算子,作为其几何灰度值;然后计算顶点邻域之间的相似性,作为顶点几何灰度值的权值,并对顶点的邻域顶点的几何灰度值进行加权平均,得到该顶点的最终几何灰度值;最后将顶点沿着其法矢量方向移动几何灰度值大小的距离,得到光顺后的三角网格模型。实验证明,该算法在光顺模型的同时有效地保持了网格的几何特征。     

对含内孔面模型的切割仿真研究

为了快速封堵含内孔的面模型被切割后形成的中空截面轮廓,以便完整的表达模型.采用先剖分外轮廓,以封堵整个截面的轮廓,然后依次去除内轮廓区域的思想,最终实现中空面的封堵.先使用逐点插入算法剖分整个中空截面轮廓,然后删除已检测到的内孔洞的区域,在确保剖切面内所有轮廓顶点不发生任何变化的要求下.实现了含内孔面模型的快速切割仿真,并使用实例加以验证.该算法可以广泛地应用于各种含内孔面模型的切割仿真,尤其在医学手术仿真中.     

面向三维剪纸的网格模型切割方法

提出了一种改进的三维网格模型切割算法,在切割每个图案时首先检查面片区域是否已被其他图案修改,并在修改之后对应的面片区域上进行切割且记录切割结果,最后将三维网格模型表面封闭剪纸图案内的顶点和面片剔除,得到像手工剪纸那样的镂空效果.三维剪纸可以广泛应用于动画、教育以及娱乐产业中.     

基于顶点的多边形扫描转换

基于新边表出现在有顶点的扫描线上这一特性,提出由顶点y坐标划分扫描线范围和确定活性边表更新的多边形扫描转换算法,该算法避免了对每条扫描线都进行判别。提出确定前后顶点序号的通用算法和通过顶点坐标建立新边表并将新边表与顶点y坐标进行关联的算法。列表比较两种算法的运算步骤,实例运行结果说明新算法具有结构简洁、阅读方便、运行稳定和执行速度快等优点。     

Pierce point minimization and optimal torch path determination in flame cutting

This paper addresses the problem of sequencing a torch for the cutting of a stock sheet nested with regular or irregular parts. The image of the nesting is reduced to an equivalent graph, and the objective is to traverse this graph with a minimum number of pierce points, or blowthroughs. If the graph has $\text{2k}$ vertices of odd degree, then $\text{k}$ pierce points are necessary and sufficient to traverse the graph. The torch path problem formulation includes manufacturing cost, efficiency, and distortion considerations. We present three algorithms for the problem. The first algorithm shows how to determine the $\text{k}$ torch paths, and is optimal in run time complexity. The second algorithm uses trim margin edges to investigate further reduction in the number of pierce points. The third algorithm guarantees that for the special case where a torch path has no vertices of odd degree, no piece will be dropped that needs further interior cuts. Some possible extensions to this work are also addressed.     

A new formulation and approach for the black and white traveling salesman problem

This paper proposes a new formulation and a column generation approach for the black and white traveling salesman problem. This problem is an extension of the traveling salesman problem in which the vertex set is divided into black vertices and white vertices. The number of white vertices visited and the length of the path between two consecutive black vertices are constrained. The objective of this problem is to find the shortest Hamiltonian cycle that covers all vertices satisfying the cardinality and the length constraints. We present a new formulation for the undirected version of this problem, which is amenable to the Dantzig–Wolfe decomposition. The decomposed problem which is defined on a multigraph becomes the traveling salesman problem with an extra constraint set in which the variable set is the feasible paths between pairs of black vertices. In this paper, a column generation algorithm is designed to solve the linear programming relaxation of this problem. The resulting pricing subproblem is an elementary shortest path problem with resource constraints, and we employ acceleration strategies to solve this subproblem effectively. The linear programming relaxation bound is strengthened by a cutting plane procedure, and then column generation is embedded within a branch-and-bound algorithm to compute optimal integer solutions. The proposed algorithm is used to solve randomly generated instances with up to 80 vertices.     

An Isometric Surface Method For Integer Linear Programming * *Supported by the R&D base on advanced manufacturing technology,Academia Sinica

Based on the isometric plane method for linear programming, an algorithm for integer linear programming is proposed in this paper. The algorithm can quickly obtain the optimal integer point simultaneously using isometric planes and cutting planes derived from polyhedral-cones, rounded-minimal-balls and second-rounded-balls at the highest vertex and its neighboring vertices.     

基于多素数和参数替换的改进RSA算法研究

为了提高RSA公钥算法在消息加密过程中的安全性,在深入分析传统RSA算法的基础上,对其进行一些改进性研究,提出了一种比传统RSA算法更加有效的方法优化其安全性。在将传统RSA改进为四素数RSA的基础上,再运用数学变换进行参数替换,消除了在公钥中对传输两个随机素数的乘积n的需要,引入了一个新的参数x代替原参数n。针对改进后的算法在运算效率方面的不足,采用中国剩余定理( Chinese remainder theorem,CRT)优化大数模幂运算。实验结果证实了改进算法的可行性,为通过公钥加密消息发送和接收提供了更安全的路径;同时,对改进算法与传统RSA 和四素数RSA算法的解密(签名)时间进行比较分析。实验结果表明改进后的算法对消息发送方和接收方之间签名效率也有一定程度的优化。     

印前工序中自动开版的设计与实现

传统的手工开版工作量大,容易出错,严重制约了印刷生产效率。对开版问题进行描述,给出相关算法,并利用程序予以实现,算法具有较强的实用价值。     

基于格网模型的等高线算法

提出了一种通过格网模型生成等高线的方法.通过计算规则格网模型中顶点的符号来确定等高线与格网中棱的交点数目,根据交点的数目和格网中心点的符号确定等高线的跟踪方向,对等高线上的点用样条曲线连接可得等高线.实验结果表明,此算法正确、有效,运行效率高.     

一种改进的活性边表区域填充算法

为提高区域填充效率,对三种常见的区域填充算法进行了介绍和分析,并对其中优势较为明显的活性边表区域填充算法进行了进一步改进。改进算法针对原始算法的不足,充分利用多边形顶点信息,建立了活性边动态发现机制,使得算法时间效率和空间效率都得到提高;同时,为填充自相交多边形,又提出一种简单有效的基于扫描线的多边形自相交点探测方法,使得算法的适用性得到进一步增强。实验结果表明,算法的改进取得了很好的效果。     

求受顶点数限制的最短路径问题的一个算法

提出了求受顶点数限制的最短路径问题的一个算法,与现有的算法相比,该算法效率较高,时间复杂度为O((k-2)m^2)(k是受限制的顶点数,n是图中顶点总数),而且该算法比较简单,易于描述,实现和理解.     

基于结合空间信息的FCM聚类的分水岭图像分割

提出了一种分水岭变换和结合空间信息的FCM聚类相结合的图像分割方法。方法采用基于图论的结合区域特征信息和空间信息的距离度量,以分水岭变换得到的图像分割小区域为节点构建一个连通加权图,通过计算图上不同节点之间的最短路径来度量不同区域之间的相似程度,从而实现过分割小区域的合并。该方法综合考虑了区域的特征之间的差异和空间位置的差异,与传统的FCM聚类方法在特征空间进行聚类相比,具有较强的噪声抑制能力。图像分割的实验结果证明了该算法的可行性和有效性。     

特征点提取下的AGV栅格法建模与分析

栅格法作为一种在移动机器人路径规划中的常用算法,其具有信息量少、结构简单的特点,但传统栅格法通常由于其栅格过多而影响算法的有效性.针对这一问题,提出了一种特征点提取的改进栅格法,该方法利用特征提取的思想将障碍物栅格的顶点作为特征点提取出来,在这些特征点间进行路径规划,该方法简化了算法的规划范围.将新的栅格法应用于不同种...