一种适合于工程应用的准C~1连续Bézier三角曲面及其构造方法

本文比较系统地讨论了Clough-Tocher三角形分割模型在Bézier三角曲面设计中的作用。并从工程应用的角度提出了一种以Clough-Tocher分割为基础,旨在原三角形区域上构造9参数Bézier三角曲面的新方法。这种新的9参数插值不仅能够消除Clough-Tother分割产生的畸变插值区域对插值曲面品质的影响,还能够有效地减轻一般9参数三次Bézier三角曲面片之间的尖端连接。本文将从工程应用的角度把这种插值曲面称为准C~1连续的9参数Bézier三角曲面。在一些实际应用中,这种准C~1连续的插值曲面对3D离散数据的拟合效果是令人满意的。     

基于四面体网格的软组织位置动力学切割仿真算法

为满足虚拟手术中软组织变形与手术模拟的真实性和实时性要求,提出了一种基于四面体网格和位置动力学的软组织切割模拟算法.首先,本算法以四面体作为软组织几何模型的基本操作单元,物理模型采用位置动力学模型驱动软组织变形,四面体网格的凸包形成软组织的外表面.其次,本算法对位置动力学模型进行了扩展,支持了模型拓扑改变的情况,使其适用于软组织的切割模拟.再次,利用支持纹理信息的四面体网格作为几何模型,能生成细节丰富的切口.最后,在该算法上实现了力反馈设备的应用,增加了切割过程中的触觉模拟,增强了虚拟手术中手术环境和过程模拟的真实性.实验表明:该模型能提供真实和高效的变形模拟,并具有较高稳定性和可操作性.本算法目前已应用在北航虚拟现实技术与系统国家重点实验室开发的医学手术模拟器上.合作医院在使用模拟器进行的腹腔镜检查手术方面已经做了前导性的研究,医生对模拟器评价也较高.      

三维非结构混合网格高超声速流场并行计算

在非结构混合网格上对三维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了基于PC-Cluster的分布式并行数值模拟.本采用区域分裂思想,研究了三维非结构混合网格区域自动分解技术,并以此为基础对高超声速化学非平衡绕流进行了并行数值计算.控制方程为多组分N-S方程,空间离散采用有限体积格心格式,时间推进为显式Runge-Kutta格式.化学非平衡动力学模型为七组元带电离反应模型,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法.在PC-Cluster上对三维双椭球模型的高超声速绕流流场进行了基于区域分解技术的并行数值模拟,所得数值结果与参考献中的结果作了对比验证。     

基于结构网格点的Euler方程无网格自适应求解算法

提出了一种自适应无网格Euler方程求解算法。构造了基于无网格点云结构的布点加密技术,实现了借助压力梯度变化准则的流场局部加密;借助流场结构化剖分技术,给出初始无网格节点分布,并采用四步显式Runge—Kutta时间格式推进计算,求解了绕翼型的典型流动问题。数值算例表明,本文提出的方法能有效地提高流场的分辨率,如捕捉激波等流动特征清晰明了。     

基于硬件加速的真三维显示体素化算法

提出了一种新的体素化算法，利用显示硬件支持二维光栅化算法和新的可编程控制功能，提高了体素化算法的效率。该算法通过逐层处理的方式将三维数据离散成为一系列的切片，利用硬件渲染完成切片的光栅化操作，将最终的光栅化结果组合成为体数据表达。算法利用可编程图形处理单元（GPU）的大规模纹理、动态顶点数据和灵活的纹理数据操作等特性，有效地降低了系统压力，提高了算法效能。实验证明，该算法满足真三维显示技术的要求。     

非结构网格上Euler方程有限体积解法的改进

对二维非结构三角形网格上Euler方程有限体积解法的格点格式进行了一些改进，重点在于提高数值解的精度，细致处理人工粘性项的尺度因子以及对该项建立适当的边界条件；发展一种新的基于最长边剖分的三角形网格自适应加密方法。采取多步Runge—Kutta格式推进、当地时间步长、隐式残值光顺等措施加速迭代收敛。文末给出的数值结果非常接近于参考文献中结构网格上的结果，验证了所发展数值方法的精确性。     

三维非结构网格的生成及其应用

采用阵面推进法生成了高质量的三维四面体非结构网格,该方法的特点是在生成单元的同时引入结点,与其他预布结点的方法相比,其好处是能更好地控制网格单元尺度在整个计算域的合理２并提高网格质量。用Ｄｅｌａｕｎａｙ方法连接存储有控制参数的结点生成了背景网格。网格生成过程中采用了合理的数据结构,有效地提高了程序运行效果,最后给出了Ｍ６机翼的数值算例。     

一种基于三角形重投影的虚拟视角合成

相比较传统的视角插值合成方法只能在基线上合成虚拟图像,提出的一种基于三角形重投影的虚拟视角合成方法,可以在已知少数几个匹配点的情况下,将场景内容自动迭代划分为一致和非一致三角形区域,通过不同策略的三角形重投影实现更加自由的视点的虚拟图像合成.划分过程中引入直线段约束可以解决直线纹理在三角形接缝处的畸变问题,保证最后的合成图像中场景表示在此处的连续性.利用设计的可信度函数,沿一定搜索路径可找到更多的新匹配点,从而带来更多的一致三角形区域.将此方法应用到虚拟彩色图像的合成,实验结果证明了此方法可以在更大视点范围内合成逼近于真实图的虚拟图像.     

基于模糊理论的加速度计标度因数稳定性分析

运用模糊理论描述了影响加速度计标度因数稳定性诸多因素的不确定性问题,针对其中的磁钢磁感应强度和石英摆片热膨胀系数两类稳定性影响因素,给出了其三角模糊数区间,并通过该型加速度计的磁-结构耦合ANSYS分析求出了在模糊参数不同组合下的仿真输出,根据仿真输出结果获得了标度因数模糊稳定区间,给出了加速度计标度因数稳定性分析流程及实例.分析说明了基于模糊理论的稳定性分析方法可以为加速度计加速稳定试验截止条件提供依据,对提高加速度计标度因数长期稳定性水平具有重要意义.     

非结构混合网格鲁棒自适应技术

数值格式、湍流模型和计算网格是影响CFD数值模拟精度的3个主要因素。结合流场信息的网格自适应技术具备动态优化计算网格的能力,被NASA列为未来CFD发展的一项关键技术。本文针对非结构混合网格,发展了网格单元分布优化、表面网格几何投影和空间网格协调匹配3项关键技术,建立了高鲁棒性几何保真的网格自适应系统。首先,为了提高自适应方法的鲁棒性和通用性,发展了基于标准面网格的多面体网格单元分布优化方法。其次,发展了仅依赖表面网格信息的局部曲面重构技术,采用参数点映射方法实现了新增表面网格点的几何投影,消除了自适应系统对几何CAD系统的依赖。再次,采用改进的距离函数方法实现了空间网格与投影后表面网格的快速匹配。最后,结合基于流场特征的自适应探测器,采用二阶格式的有限体积方法,开展了30P30N三段翼绕流和三角翼大迎角绕流的网格自适应数值模拟。结果表明,通过网格自适应对网格单元的分布进行优化后,流场求解的收敛性和模拟精度都得到了显著提高。