基于质点-弹簧模型的三维服装模拟

为了实现服装的三维悬垂效果动画模拟,使用质点-弹簧模型对衣片进行三角网格划分,生成质点和弹簧,在力的作用下,衣片产生变形;同时采用基于雅可比迭代法的隐式积分方法高效求解了织物的运动方程,不断显示服装的悬垂动画,并用纹理映射模拟织物的真实效果.该方法求解效率较高,模拟效果比较真实.     

基于粒子系统的降雪过程模拟

对降雪现象的模拟,可以大大提高三维场景的真实感.粒子系统是实时模拟降雪效果的一种有效方法.本文基于粒子系统的基本原理建立了雪粒子系统模型,模型分析了雪粒子的属性、雪粒子的运动及雪粒子的绘制等,并提出了基于粒子系统和OpenGL的降雪实时模拟生成算法.实现结果表明,该方法可以实时绘制出比较真实的降雪现象.     

一种大场景环境下实时降雨模拟的新方法

在分析已有的降雨模拟方法的基础上,提出了一种大场景环境下降雨模拟的新方法.该方法是使用一张纹理,以降低性能开销,采用与视点相关技术雾化场景,真实再现了雨的三维视觉效果.基于牛顿动力学控制雨点粒子的运动,以模拟风力作用的效果;同时简化了雨滴的泼溅效果.与传统的雨模拟算法相比,该算法既正确模拟了雨的运动行为,又降低了性能开销.在满足实时漫游的前提下表现出较强的真实感,实验结果表明了改进方法的实用性.     

一种基于物理特性的雨滴飞溅模拟算法

对雨水飞溅现象的模拟一直是计算机图形学中具有挑战性的问题之一.基于粒子系统建立雨场模型,考虑空气阻力和水平风力对雨滴运动的影响,提出一种基于物理过程及硬件加速的雨滴飞溅算法来模拟在不同雨量下雨滴溅落地面的效果,同时对雨滴在飞溅过程中的传播路径进行跟踪计算.该方法已经使用OpenGL在NVIDIA GeForce3图形硬件上实现.结果表明:该方法不仅能逼真模拟雨滴的运动行为,还可以形象地描述雨滴溅落的整个过程.     

重力作用下肝脏模型变形及切割模拟仿真

为了能够实时且准确的模拟部分肝脏切除术中肝脏真实变形状态,本文提出了一种基于物理的质点弹簧软组织模型.依据肝脏软组织生物力学特性建立了针对肝脏的质点弹簧模型,利用此模型将离体猪肝作为实验对象,分别进行离体猪肝受重力变形以及离体猪肝的切割实验,给出了模拟变形与真实变形的离体猪肝CT扫面重建模型对比结果.实验结果表明:离体...     

虚拟手术中缝合过程的相关技术

针对虚拟手术缝合过程中软组织与缝合线交互模拟实现困难的问题,提出一种新的缝合模拟方法。首先,采用质点弹簧模型对软组织建模,为使软组织形变更加真实,在软组织质点间引入内摩擦力系数;其次,为更好地保持缝合线的刚体特征的同时,保证软组织和缝合线的交互过程接近物理真实,几何和物理方法相结合建模缝合线,运用质点弹簧模型可以对产生交互的软组织结点和缝合线结点进行受力分析,采用跟踪头结点算法计算缝合线的新位置;最后,考虑到多次缝合时软组织形变相互影响,利用已缝合结点的对应缝合点计算两个软组织的形变。实验表明,该方法有效提高了软组织形变和缝合线运动真实感,同时保证了模拟过程的实时性。     

基于粒子系统的3D动态火焰模拟

为了在虚拟场景中绘制复杂的火焰,解决模拟火焰时在实时性和逼真性方面所出现的问题,提出了一种基于粒子系统的火焰模拟方法。通过粒子系统的几何建模方法,实现火焰粒子的不断生成和消亡,得到在三维场景中具有动态感的火焰;通过引入Gyarmathy模型和控制粒子行为的Perlin噪声,实现模拟火焰的运动效果;通过对每个粒子进行纹理贴图及渲染处理,增加三维场景中物体的真实感。实验表明,重力和风力反映了火焰的消亡规律和运动情况,并实时模拟复杂火焰模型;纹理贴图增强了火焰的立体效果,实现了复杂火焰模型的逼真性。     

基于改进韦尔莱积分法的服装仿真系统设计

为了改进服装仿真系统的运行效率,提出一种基于改进韦尔莱积分法的三维服装仿真系统。建立基于质点-弹簧的布料模型,将织物材料特性引入表达式,针对不同布料特性采用不同的弹簧模型参数,在特定质点上添加缝合力使其更加接近真实状况;通过对比不同高精度数值计算方法,选择二阶泰勒级数作为韦尔莱积分法的启动函数,在相同条件下具有更高的计算精度和稳定性;在不同受力情况下,通过引入Beeman算法,大大减小韦尔莱算法的计算误差;最后,采用椭球体包围盒模拟人体进行碰撞检测并处理。经过Visual Studio以及Unity实验平台验证,本文提出的改进系统能够有效模拟出服装在人体上的具体状态,算法稳定性强,具有一定的工程实用价值。     

车辆—路面空间耦合振动模型及其动力响应分析

为准确模拟行驶车辆作用下刚性路面的动力响应,建立车辆—路面空间耦合振动精细化分析模型。车辆采用质点—弹簧—阻尼器空间整车模型,混凝土刚性路面采用弹性地基板有限元模型,采用改进的谐波叠加法考虑路面平整度的三维空间分布,利用车轮和路面的位移协调方程将车辆振动和路面振动联立求解。实例分析表明,所建立的车—路耦合振动模型能够真实地反映车辆和路面间的空间几何耦合关系和力学耦合关系;在三维路面不平度的激励下,车辆和路面的动态响应均表现出明显的空间分布特性;与瞬态动力分析方法相比,利用考虑路面不平度空间分布的车—路耦合振动模型对混凝土路面进行车辆动力响应分析时,路面弯沉和板底应力有明显增大。     

手术仿真中基于质点-弹簧模型的人体组织变形仿真

采用质点一弹簧建模方法提出了人体软组织面模型和体模型系统、程式化的计算模型建立方法。将连续的软组织离散为由弹簧偶尼器及与其连接的质点构成的离散系统，用邻接表来表示离散系统的拓扑结构，即弹簧一质点间的邻接关系，依据该信息，可自动建立方程并计算与每个质点连接的弹簧、阻尼器对质点的粘弹性力的贡献，然后采用4阶Runge-Kutta方法对得到的微分方程组进行数值积分。通过小肠模型(面模型)和规则块状软组织模型(体模型)2个实例介绍了采用所提出的方法实施软组织变形仿真的过程。     

土楼夯土风雨侵蚀机理及侵蚀损耗量研究

针对夯土墙侵蚀及侵蚀计量问题,采用现场实测和借鉴水土流失统计的方法,研究夯土风雨侵蚀损耗规律,并提出损耗计量公式,揭示了夯土风雨侵蚀损耗机理、雨水浸润墙体弱化材料性能及风驱雨撞击夯土产生材料颗粒的溅蚀和剥蚀,并量化证实了雨滴撞击荷载是侵蚀损耗的直接动力.结合当地风、雨气象数据,计算出近年来夯土的年侵蚀量,可用于预测夯土墙剩余寿命,为土楼保护提供适用性的科学依据.     

雾化水流溅水区降雨强度分布探讨

雾化水流是泄水建筑物泄流时所形成的一种非自然的两相水流运动,其对水利水电工程的潜在威胁很大,雾化水流的溅水区则因其高降雨强度而成为对工程潜在危害最大的区域.对溅水区内雾化水流的降雨强度分布进行了试验研究,并探讨了对溅水区内降雨强度分布进行随机模拟的可能性.     

稳定流与三翼圆柱的流固耦合研究

在低雷诺数下,应用有限元数值模型计算了带有三扰流翼板圆柱的涡激振动问题,研究涡的释放形式和圆柱的振动幅度．在数值模型中,针对低雷诺数外部流场采用无量纲的N-S方程,三扰流翼板圆柱振动简化为质量-弹簧的断面系统,通过在流固边界上位移与应力的反复迭代,进行三扰流翼板圆柱与外部流场耦合计算,计算结果表明triangle60型的三扰流翼板可以明显地减小圆柱的涡激振动．     

泄洪雾化溅水区长度深化研究

指出雾化流溅水区长度的确定依赖于溅抛水滴的初始状态及随后运动的准确把握.建立了水滴与水面碰撞的简化模型以获得溅抛水滴运动的初始状态,并对溅抛水滴在重力、浮力与风阻力作用下的反弹斜抛运动进行了深入分析,在此基础上提出了新的溅水区长度计算公式,并与已有模型试验及原型观测资料进行了比较.     

头发流体模型中碰撞处理的新方法

针对传统的插值头发簇方法不能表现头发细节的问题，本文为每一根头发建立质子-弹簧模型，渲染阶段不产生发丝。考虑到计算效率，本文提出了一种拉格朗日法与欧拉法的嵌套结合法，用来处理头发间的自碰撞；将头发整体看作不可压缩的流体，欧拉法将流体划分为表现速度与密度的小栅格，在每个小栅格内进行速度计算；拉格朗日法处理其中每个质子的受力作用，两者进行有机结合进行质点速度计算及位置更新。实验表明利用本文的方法能实时高效地模拟动态的头发。     

偏最小二乘法在系统故障诊断中的应用

为研究结合关键性能指标（KPI）的偏最小二乘法（PLS）在系统故障诊断中的作用和应用,通过活性污泥数学模型（BSM1）,结合偏最小二乘算法,建立了可以模拟污水处理的仿真模型. 通过收集系统在正常情况下的输入和输出并建立关系矩阵,做到在实际应用时仅通过输入就可以判断是否出现故障. 利用仿真模型,通过改变天气、输入、先验知识的条件,并通过在仿真系统中加入可手动触发的乘法系数来模拟故障,可以验证偏最小二乘法在系统故障诊断中的表现. 研究结果表明:偏最小二乘法具有判断故障发生位置的功能. 这种功能的灵敏度和准确性可以通过结合关键性能指标而获得提升,故障诊断的灵敏度与准确性受到模型中模拟的天气因素以及算法中的先验知识的影响.     

Numerical simulation on inclusion transport in continuous casting mold

Turbulent flow, the transpor＇t of inclusions and bubbles, and inclusion removal by fluid flow, transport and by bubble flotation in the strand of the continuous slab caster are investigated using computational models, and validated through comparison with plant measurements of inclusions. Steady 3-D flow of steel in the liquid pool in the mold and upper strand is simulated with a finitedifference computational model using the standard k-εturbulence rondel. Trajectories of inclusions and bubhles tire calculated by integrating each local velocity, considering its drag and buoyancy forces, A ＂random walk＂ model is used to incorporate the effect of turbulent fluctuations on the particle motion. The attachment probability of inclusions on a bubble surface is investigated based on fundamental fluid flow simulations, incorporating the turbulent inclusion trajectory and sliding time of each individual inclusion along the bubble surface as a function of particle and bubble size. The chunge in inclusion distribution due to removal by bubble transport in the mold is calculated based on the computed attachment probability of inclusions on each bubble and the computed path length of the bubbles. The results indicate that 6%-10% inclusions are removed by fluid flow transport. 10% by bubble flotation, and 4% by entrapment to the submerged entry nozzle （SEN） walls. Smaller bubbles and larger inclusions have larger attachment probabilities. Smaller bubbles are more efficient for inclusion removal by bubble flotation, so Inng as they are not entrapped in the solidifying shell A larger gas flow rate favors inclusion removal by bubble flotation. The optimum bubble size should be 2-4mm.     

混合算法在轻钢结构优化设计中的应用

结合粒子群优化（PSO）算法快速的全局收敛性和蚁群优化（ACO）算法较强的寻优能力,提出了一种融合PSO算法和ACO算法的混合算法。首先利用PSO算法较强的全局搜索能力,产生各粒子的最优位置值;然后对ACO算法的蚂蚁总个数进行调整,在保证算法全局搜索能力的同时,避免陷入局部最优;最后利用改进的ACO算法对最优位置值做进一步优化。将该混合算法应用于轻钢结构优化设计中,建立优化设计模型。以轻钢门式框架为例,利用该模型进行优化分析,并与文献[11]中改进模拟退火算法的优化结果进行对比。结果表明,混合算法经过61次迭代后能够求出较好的全局最优解,合理可行。     

基于自由曲面与迭代函数系统结合的景物模拟

分形理论适合于解决不规则形态物体的模拟问题,而造型技术适合于规则形态物体的建模。分形理 论中的迭代函数系统(IFS)和自由曲面造型技术相结合可以逼真地模拟自然景物。将迭代函数系统和自由曲面造 型技术应用于计算机辅助设计(CAD)中,应用CAD 与VC++的接口模块ObjectARX 来研究自然景物的模拟算 法。利用迭代函数系统模拟三维分形植物的算法,采用自由曲面(B样条曲面)技术绘制的山坡。给出了模拟种植果 树的山坡的综合实例,结果表明模拟效果自然、逼真。