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。     

高精度曲面建模与实时空间模拟

为了弥补地理信息系统不能进行实时动态模拟的缺陷,通过QR矩阵分解,将高精度曲面建模HASM4的矩阵表达转换为求解系数矩阵为上三角矩阵和下三角矩阵的两个方程组。在此基础上,实时空间模拟问题被抽象为动态加点问题和动态减点问题,建立了适用于实时模拟的HASM5。数值实验结果表明,HASM5的加点模拟只需要对新采样点形成的矩阵进行矩阵分解;而HASM5的减点模拟只需要取原有矩阵的子矩阵计算即可。     

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。     

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。     

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%。     

基于隐式曲面的3维树木建模

为了利用隐式曲面构造出光滑拼接的3维树木枝条模型,同时义能避免3维树木建模中枝条曲面的单一性,以增强树木模型局部细节的真实感描述.提出了一种基于隐式曲面的3维树木建模方法,该方法首先将基于骨架的隐式曲面与具有多项式密度分布的直线骨架卷积曲面结合起来进行3维树木建模;然后采用BlobTree结构来组合隐式曲面原型,并用优化融合来消除树木枝条的融合突起;最后用PCM等隐式曲面建模技术来模拟3维树木表面的局部细节,并采用实际树木图片中的颜色概率分布进行纹理填充.实验结果表明,该方法不仅可以重构出具有多样性的光滑3维树木枝条,并能够逼真地生成树权脊梁、树木突起等局部细节特征.     

I—DEAS软件的曲面建模功能在烟草机械中的应用

介绍了如何应用I—DEAS软件的曲面造型功能，进行烟草机械中的异型件复杂曲面的设计。以便实现零件的设计、工艺分析和加工一体化。从而提高烟草机械异型件复杂曲面的表面质量。     

单视图对称曲面建模及纹理提取

给出了镜面对称物体的水平图像等价于从另外一个位置拍摄图像的完整证明。利用物体中平行结构实现相机标定。在原始图像和水平翻转图像上匹配特征点,通过传统的基于运动的重建技术恢复特征点的位置。把特征点的位置、共面、共线、透视投影等作为约束,通过最小化线性约束下的二次目标函数实现曲面重建。最后采用基于重心坐标的加权纹理提取方法提取纹理图像。利用真实的图像验证了该方法的可行性。     

高性能计算环境下陆面建模系统的关键技术

为了从多角度精确评估陆面特征,改善陆面过程模型的模拟性能,并为研究者提供一套完整的从数据处理到模拟分析的陆面建模系统.采用多种脚本语言和模型数据融合方法来构建陆面建模系统.此建模系统集成观测数据、陆面过程模型、高性能计算、数据处理和分析方法,以及可视化等技术手段.在此系统内针对两种不同的陆面过程模型进行了应用示范,证明了不同脚本语言的建模系统在目前高性能计算环境中的应用潜力,以及不同可视化方案在陆面建模系统的作用.     

微创介入机器人系统设计与精度分析

针对微创介入手术对医生的身体危害性及难操作性等问题,设计了一种辅助医生手术操作的新型介入手术机器人系统,并详细阐述了模仿医生实际夹持与旋捻导管动作的仿生手指的设计理念以及基于神经网络的PID控制系统的设计过程。利用所研制出的血管介入机器人样机,开展了推进机构的精度实验,实验测试的各项精度结果证明所开发的推进机构满足精度的设计要求。通过对机构精度和误差来源的分析,给出提高精度的3条可行措施。本介入手术机器人满足设计要求,为同类产品的设计和改进提供了参考依据。     

三角环工业标志符快速高精度定位算法

随着表面贴装技术的迅速发展,对基于机器视觉的标志符定位技术提出了更高要求。本文提出一种三角环标志符的快速高精度定位算法。该方法通过利用凸包的几何特征和构建偏离值直方图概念,将影响精确定位的弧状拐角、凸点、细微凹凸和毛刺等不利因素由粗到精地逐步剔除掉,获得用于拟合三角环直线边的优质数据集;然后通过最小距离直线拟合得到三角环标志符各边的高精度拟合直线方程,从而计算得到三角环标志符的几何中心,实现精确定位功能。本文方法为直线型标志符的快速高精度定位研究提供了新思路。     

3-RRR并联机器人的精度分析与仿真

目前有关并联机器人精度方面的研究工作还比较薄弱,为采取有效措施提高并联机构的精度,通过对3-RRR并联机器人机构的分析,针对传统D-H参数法的局限性,采用微分理论,建立了该并联机器人机构的精度模型,通过计算机仿真,针对单条支链多个结构参数误差,比较全面的分析了结构参数对输出位姿误差以及位姿变化对机器人机构精度的影响。分析结果为：机构中所有结构误差随着X轴正向增大而单调增大;运动支链在关节转角处的误差单调上升的比其他结构快。为该机器人机构实际误差补偿与控制提供了理论依据。     

计算机高精度控温系统的研究与开发

本文介绍了用微型计算机控制适用于温度≤1650℃以下的高、中、低发热元件的各种温度电炉的高精度控制系统。该系统在各种高温实验室、物理检验,热处理,陶瓷等行业中使用证明;其是一种控温准确(精度≤±1℃),性能稳定,操作方便,适应性强的高精度温度控制系统;且降低能耗和延长炉体使用寿命都具有重要的意义。因此,该系统具有广泛的推广价值。     

高性能数值模拟编程框架研究进展

本文简要介绍高性能数值模拟编程框架的作用和目的,阐述编程框架的研发和应用现状。希望本文对数值模拟超级并行应用软件的研发和其他相关领域编程框架的研制具有借鉴意义。     

Quasi-Developable B-Spline Surface Design with Control Rulings

We propose a method for generating a ruled B-spline surface fitting to a sequence of pre-defined ruling lines and the generated surface is required to be as-developable-as-possible. Specifically, the terminal ruling lines are treated as hard constraints. Different from existing methods that compute a quasi-developable surface from two boundary curves and cannot achieve explicit ruling control, our method controls ruling lines in an intuitive way and serves as an effective tool for computing quasi-developable surfaces from freely-designed rulings. We treat this problem from the point of view of numerical optimization and solve for surfaces meeting the distance error tolerance allowed in applications. The performance and the efficacy of the proposed method are demonstrated by the experiments on a variety of models including an application of the method for path planning in 5-axis computer numerical control (CNC) flank milling.