三维有限元后处理程序设计

讨论了三维有限元后处理程序的实现过程，研究了内外部消隐及等应力线形成的方法，对奇异面及变型图进行了讨论。     

应用VisIt开发数值模拟后处理模块

在某数值模拟可视化平台研制中,需要对不同专业软件产生的数值模拟结果进行统一管理和可视化。应用开源可视化组件VisIt开发了数值模拟后处理模块并将其嵌入可视化平台。首先对VisIt的结构和功能进行了简介。之后,介绍了对VisIt的二次开发过程和后处理模块的应用。对于VisIt不能直接支持的结果文件,将数值模拟结果文件中的数据进行提取和格式重写或进行文件格式的转换,使得各数值模拟结果均可在后处理模块中进行多物理场的统一可视化分析。给出了个数值模拟结果在后处理模块中的可视化效果。应用表明,该后处理模块读取数据准确,可视化效果好,较好地满足了系统需求。     

针对三维有限元数据场的精确后处理算法

为了描述有限元模型中数据场的分布规律,发展与完善了基于单元局部插值的母单元绘制算法,提出了以高斯积分点作为插值基准点的有限元应力云图绘制算法,并给出了具体的基于母单元的等值线绘制算法．与传统三角形算法做系统的比较表明,文中算法使有限元后处理功能充分达到了有限元数值分析的精度,尤其针对高阶插值数据场有更好的效果．     

数值天气预报后处理系统的作业级并行实现

对于具体问题采取何种并行方法,达到好的并行效果,是在并行化工作中需要考虑的.通过对数值天气预报模式T511后处理系统的特点分析,结合其运行的计算机环境特点,提出了一种"作业级的并行实现"方法,减少T511后处理系统所需的计算墙钟时间.该方法具有并行化工作量小、易于实现、并行效果好等特点.     

温度试验可视化系统的关键技术研究

随着数值模拟精度的不断提高以及温度试验测量手段的不断丰富,传统的以一组2维曲线显示多通道采集数据的试验可视化方式无法满足需求,为此提出了一种新的温度试验可视化系统,该系统采用数值模拟技术和试验相结合的方法来进行温度试验的分析和评估,这就为提高试验数据的显示度开辟了新途径。该系统将随时间变化的试验数据,以彩色云图方式动态地显示在有限元模型上,并通过数值模拟结果和试验数据的映射来获得无法布置测点的位置的温度分布情况;同时针对试验测量数据3维可视化的特点,设计了系统的可视化数据结构,并实现了剖切探测、模型比对和云图绘制。该系统的构造方法还可以推广应用到静力、离心等其他环境试验数据3维可视化中。     

有限元计算结果的可视化处理

有限元计算结果的可视化是分析有限元计算结果的重要手段. 提出了一种适用于任意形状单元的彩色云图的通用生成方法,并给出了四节点四边形单元彩色云图的生成算例.该算法简洁,高效,易于推广.     

超大型三维有限元模型的快速可视化算法

针对超大型三维有限元模型的特点,总结了其可视化任务的基本需求和关 键算法。由此分别为网格、单元、剖面可视化,以及绘制彩色云图等不同任务,编制了结构 简单、运行可靠的快速显示算法。通过具体工程实例与典型商业程序的对比验证,初步证明 了该算法的可行性和优越性,有助于简化超大型有限元程序的编写过程。     

三维成像声纳图像后处理与可视化

针对基于线阵合成孔径技术的三维成像声纳缺乏有效后处理与可视化方法的问题,提出一个适用于三维成像声纳图像后处理与可视化方案。鉴于水体和地层2种介质具有不同的声学特性,使用组合算法分离水体和地层数据,利用基于边缘梯度均值约束的三维自适应区域生长算法分别对水底和地层目标进行检测,融合水体和地层数据,采用光线投射法进行三维实验数据的可视化。湖试和近海海试结果表明,该方案能够适应声成像中水体与地层的不同特点,有效检测目标,提高声纳图像的表现能力。     

基于可视化库和信息传递接口云图显示的并行化处理

基于可视化库(VTK)可视化技术的特点,讨论可视化流水线机制和并行程序的基本结构.针对计算流体力学可视化后处理实现的问题,介绍和使用VTK颜色映射算法,并编写对计算流体力学结果数据彩色云图显示的程序.然后为了解决时间开销大的问题,提出了并行显示算法.该算法充分利用VTK任务间的并行性,减少程序运行时间,提高运行效率.最后在多核环境下,对大小不同的文件彩色云图显示的加速比进行了对比分析.实验结果显示了随压力变化的彩色云图,表明基于VTK可视化技术能满足可视化后处理方面的要求,与信息传递接口(MPI)结合能取得很好的并行效果.     

边界面法数值结果的云图表征

边界面法继承了传统边界元法的优点,并将几何实体的边界曲面离散为参数空间里的曲面单元,在处理一些特殊问题如移动边界、高梯度、大变形等方面显示出特殊的优越性。但是也使得计算结果的后处理遇到困难。提出了一种基于黎曼度量推进波前法生成三角背景网格的实用边界面法计算结果后处理方法。该法对求解域剖分成三角背景网格然后将计算结果映射到网格节点上,通过区域填充获得计算结果的云图。温度场的数值算例表明该方法可靠实用。     

城市配网排管敷设三芯10kV电缆的温度场数值计算

在保证电力电缆运行可靠性的前提下最大限度提高其载流量,对于提高电缆的经济运行具有重要意义。本文以排管敷设方式下10kV交联聚乙烯电力电缆为研究对象,对其在稳态和暂态运行下的电缆整体温度场和载流量进行了研究。通过构造排管电缆温度场的控制方程和边界条件,分析排管内部空气热流场及排管周围环境温度场,建立排管电缆温度场域有限元计算模型。借助ANSYS分析软件,得到排管内部空气流场矢量分布和排管内部电缆整体温度场分布。与保守的IEC60287标准排管电缆载流量计算方法相比,载流量提高约为6%,可为电力生产厂家及电力部门计算地下电缆载流量提供重要依据。     

基于几何着色器的流场动态可视化研究与实现

为有效解决复杂流场可视化效率低下问题，加快可视化速度，提出了一种基于几何着色器的快速流场可视化算法。在流场可视化的过程当中引入几何着色器，利用GPU的并行处理能力和强大的图像处理能力对流场实时地进行箭头和流线的绘制，然后采用积分颜色映射方法，与常规的线性颜色映射法相比较，改善了颜色的均匀分布，增强流场强度层次感。实验表明，该算法可以有效地反映流场特征分布，减少可视化过程中的数据传输量，降低资源浪费，提高可视化渲染效率。     

基于热-流-固耦合方法的涡轮叶片数值计算

将流体动力学方法与有限元方法相结合,在定常流场分析的基础上,采用单向和双向热、流、固耦合的计算方法获得了转子叶片在设计工况下的应力和变形情况,并比较了两种方法的计算结果.单向耦合计算中分析了离心、气动、热载荷对叶片应力、变形的影响,并按照斯贝发动机EGD-3应力标准对叶片强度进行了校核.计算结果表明：两种计算方法在涡轮叶片强度分析中是可行的,双向耦合能更准确地反映转子叶片的真实工况.     

基于颜色特征的杂草图像分割技术研究

为了解决目前杂草识别中受光照影响大、环境适应性差等问题,提出了基于颜色特征的分割算法。此算法在统计分析杂草和土壤背景各颜色因子的基础上,得到适于杂草图像分割的颜色分量,实现了复杂场景、光照条件下杂草区和背景区的分割。实验结果表明:R-G,2G-R-B,Hmean,Smean,Hmean Smean颜色特征对于杂草区和背景区的分割能够取得很好的效果,可广泛应用于田间杂草识别、树种识别、人脸识别等受光照变化影响较大的领域。     

Differentiation-Based Edge Detection Using the Logarithmic Image Processing Model

The logarithmic image processing (LIP) model is a mathematical framework which provides a specific set of algebraic and functional operations for the processing and analysis of intensity images valued in a bounded range. The LIP model has been proved to be physically justified by that it is consistent with the multiplicative transmittance and reflectance image formation models, and with some important laws and characteristics of human brightness perception. This article addresses the edge detection problem using the LIP-model based differentiation. First, the LIP model is introduced, in particular, for the gray tones and gray tone functions, which represent intensity values and intensity images, respectively. Then, an extension of these LIP model notions, respectively called gray tone vectors and gray tone vector functions, is studied. Third, the LIP-model based differential operators are presented, focusing on their distinctive properties for image processing. Emphasis is also placed on highlighting the main characteristics of the LIP-model based differentiation. Next, the LIP-Sobel based edge detection technique is studied and applied to edge detection, showing its robustness in locally small changes in scene illumination conditions and its performance in the presence of noise. Its theoretical and practical advantages over several well-known edge detection techniques, such as the techniques of Sobel, Canny, Johnson and Wallis, are shown through a general discussion and illustrated by simulation results on different real images. Finally, a discussion on the role of the LIP-model based differentiation in the current context of edge detection is presented.     

不规则直流线圈磁场的计算方法研究

将不规则直流线圈等效为若干段载流直导线的组合,通过坐标变换和磁场变换计算出单根载流直导线的磁场,进而叠加求和得到整个不规则直流线圈的磁场.计算示例表明,该方法计算不规则直流线圈的磁场简单易行,可用于实际工程中线圈磁场的计算.     

局部相关跟踪算法在太阳磁场观测中的应用

在太阳磁场观测系统中通过使用相关跟踪算法发现并消除原始图像间的抖动错位,提高磁场观测数据的空间分辨率。然而相关算法的实现比较耗时,为保证系统观测数据的时间分辨率,系统中采取了缩小相关窗口的尺寸——选取特征区域作为相关窗口的局部相关跟踪算法,并结合快速傅立叶算法和IntelR图像处理函数库等方法优化相关运算,提高了系统的时间分辨率。系统指标满足常规天文观测的要求并已投入使用。     

电磁场与力场耦合仿真系统的可视化技术

科学计算可视化把由数值计算获得的大量数据以图像的方式表示出来,使抽象的数据内容及相互关系变得形象直观。OpenGL是一个功能强大的图形库,支持可视化实现的语言,在可视化的研究和开发中得到广泛的应用。该文以一个科学计算可视化软件一一电磁场与力场的耦合仿真系统为例,首先描述了整个系统的总体框架,然后着重介绍了OpenGL在其可视化开发过程中的应用,详细阐述了可视化仿真部分用到的三维实体建模、交互操作、字符显示、动画及双视口等关键技术。