基于OpenGL和FDTD的电磁建模三维可视化实现

开放的图形程序接口(OpenGL)是一个国际组织提供的规范,可以跨平台使用,是一个功能强大,调用方便的底层3D图形库;时域有限差分(FDTD)算法是解决电磁场问题的简单而又有效的数值方法。把两者结合并利用计算机可视化技术,对目标系统进行电磁建模研究,实现了电磁建模模块的三维可视化设计。该建模模块可用于进行目标物体的三维可视化建模和电磁学参数描述及仿真数据预处理。微带耦合器的建模实例表明该电磁建模模块数据处理具有高效性、可靠性和良好的三维可视化效果。     

时域有限差分电磁建模系统的研究与设计

基于时域有限差分（FDTD）算法并利用计算机可视化技术，对目标系统进行电磁建模研究，并设计出一套具有丰富内建图形处理功能的网格生成软件。在本系统中通过对目标系统进行3D建模和电磁学问题描述，将生成的电磁建模文件输入FDTD仿真模块即可进行模拟分析计算，直观形象地观察到电磁场的分布状态、电磁波传播、透射、散射等现象。U型天线的建模实例表明该电磁建模系统准确、高效。     

三维FDTD建模软件的开发及应用

介绍了三维FDTD建模软件的开发,电磁建模和网格生成采用Visual Basic实现。该软件提供给FDTD仿真软件诸如介质、网格、边界条件、激励源设置之类的数据文件;自动生成满足FDTD算法条件的均匀或非均匀网格。采用OpenGL技术,通过对图形的旋转、平移、缩放、透视等操作对目标物体进行细致的实时观察与修改,实现了计算区间内电磁场的动态变化演示,具有建模速度快、可视化效果好等优点,保证了FDTD数值求解过程的正确与高效。最后利用该软件对微带拐角等不连续性问题进行了建模和仿真,取得了较好的效果。     

直角坐标系下非均匀FDTD网格生成系统

基于非均匀FDTD网格的电磁场模拟是一种解决诸多实际电磁场问题的通用、有效方法.本文介绍了在直角坐标系下非均匀FDTD网格图形生成系统,可以快速、高效地产生1D、2D、3D FDTD网格,展现物体的几何图形,还可以动态地、可视化地得到检查、调节和修改.作为检验,本文以一实际结构为例,产生并显示了其网格图形.     

特征约束网格生成算法在GIS中的实现

长期以来非结构化网格生成算法在水文建模中属于人力密集和耗费时间的方面,这主要是由于迭代过程的性质和专业网格生成软件与GIS的有限集成。文中介绍了网格生成软件集成到GIS平台的操作,还讨论了一些新方法来解决特征约束网格生成中的几个问题:对齐出现在多个GIS数据层中的共同地理特征;在GIS中重新定义顶点与均匀间距;在选定的GIS中细化网格;在GIS平台中高效可视化地生成网格。     

在直角坐标系下一种快速有效产生非均匀FDTD网格的算法

在电磁场网络生成系统中 ,最为关键性的技术就是生成有效网格的算法。本文详细介绍了一种用在AutoMesh———自动可调直角坐标系下的非均匀FDTD网格生成系统中生成非均匀网格的算法。采用该算法生成的直角坐标系下网格坐标及一维、二维和三维网格图型不仅精确 ,而且快速有效。它适用于一般电磁场网格生成系统 ,并可确保系统的可靠性和实用性。     

一种新的渐进网格算法及其在共面波导FDM建模中的应用

在利用一种基于准静态的有限差分法(FDM)对共面波导(CPW)进行电磁仿真和建模的过程中,为了解决均匀网格在三维FDM计算中仿真时间较长的问题,并对常规的非均匀网格算法在算法复杂性和效率方面进行改进,我们提出了一种简单易行的渐进网格算法,取得了精度和效率的较好折中。同时利用这种改进的FDM电磁仿真和建模算法成功地完成了对CPW传输线结构、开路结构和短路结构的仿真和模型参数提取。文中通过对一个具体的CPW短路结构建模的算例分析,在进行算法验证的同时,也对这种新算法在应用方面提出了一些具体的参考准则。     

基于Nash均衡的网格多调度节点的任务调度算法

 目前网格任务调度算法主要是针对1×n型即单调度节点多资源的网格环境,而针对m×n型的网格环境研究较少.论文用M/M/1排队系统对m×n型网格环境建模,然后以每个调度节点调度任务的平均完成时间为优化目标,提出了m×n型网格环境任务调度的Nash均衡问题,并利用粒子群算法求得该Nash均衡解.通过仿真验证了该算法在单位时间内平均完成的任务数,网络平均负载,以及系统的平均负载上均优于基于均匀调度策略的调度算法.     

透明物体渲染算法在火星环绕器在轨可视化中的应用

针对火星环绕器的在轨可视化,需要考虑轨道与透明火星发射天线范围之间的复杂交互情况,采用普通的单一处理透明物体的油画家算法和深度缓存算法已经不能满足实际可视化功能的需要,并且不能利用好性能日益强劲的GPU。文章通过对无序场景下的半透明物体的渲染算法研究,针对火星环绕器在轨可视化实现中的实际需求,分别使用了深度缓存算法、油画家算法、加权平均值算法和深度剥离算法,实现了火星环绕器在轨可视化功能。通过工程实践结果的比较和各个算法原理的优缺点分析比对,确定了深度剥离算法在透明物体和非透明物体同一场景下联合渲染中的效果,最终实现了火星环绕器在轨可视化功能。     

无线传感器网络中基于网格的目标跟踪算法

提出了一种适用于无线传感器网络中基于网格的目标跟踪算法，以解决在目标跟踪过程中信任度（belief）更新和传感器节点信息贡献量估计问题。该算法对信任度进行非参数化表示，用基于网格的算法对序列贝叶斯滤波过程进行实现。并且利用目标位置预测和基于网格的算法在不预先获知传感器节点测量数据的情况下，对节点的信息贡献量进行估算。在资源受限的无线传感器网络中，该算法在降低计算复杂度、提高算法适用范围方面都有显著改进。最后在仿真环境中验证了基于网格的目标跟踪算法的有效性。     

一种多功能映射网格分方法

在有限元当中网格(包括影射网格和自由网格)划分对于计算结果的影响至关重要。提出一种多功能映射网格划分方法,该方法以平面的网格划分为基础,曲面和某些特殊实体的网格可以通过其投影面或基准面的网格划分数据自动生成。算例表明,该方法结构简单,适用范围广,通过合理规划可以得到质量良好的网格。     

FDTD计算中非均匀网格网络的分析及综合

本文依据微波网络理论及网格波阻抗的概念,对时域有限差分(FDTD)计算中的非均匀网格反射波进行分析,提出了网格网络分析和综合的概念,分析了网格网络的反射特性,给出了网格网络的综合过程.基于上述理论和概念,在一维(TEM波)和三维微带结构以及方波导中实现了有关的非均匀网格的网络特性,其特性可用于沿传播方向的网格非均匀性的匹配,减小网格反射波及改进波的传播特性等.     

扩大瞬时散射场FDTD计算区域的新方法

本文采用非均匀网格来扩大瞬变电磁场ＦＤＴＤ法计算区域，可在不增加甚至减少存贮量和计算量的情况下，有利于空间时间窗的应用，减小或避免截断边界对计算结果的影响，提高其精度和可靠。本文以圆柱目标为例，讨论分析了采用吸收边界条件和本方法所得结果的可靠性。     

电磁学的可视化仿真教学

电磁学的理论性强、概念抽象且难以理解，对数学、计算以及抽象的思维能力要求都比较高，学生学习比较困难。针对这一特点，本文通过使用计算机代码将电磁学问题和知识点仿真成静态或动态的图像，对抽象问题进行有效可视化，降低电磁学的教和学的难度。数据统计结果表明，这种方法不仅可以加深学生的理解，也极大地增强了学生学习兴趣，达到了很好的教学效果。     

利用MATLAB进行电磁学计算及可视化教学

电磁场与电磁波是一门难度较大的课程,其较深的数学理论和场的抽象性使得学生在学习中往往有恐惧心理,很难产生学习兴趣。本文通过几个典型例子介绍利用MATLAB软件工具进行电磁场电磁波的辅助教学,显示了MATLAB在电磁学的计算及可视化方面的优越性,可以较好地改善教学效果。     

Finite Difference Calculations of InP/InGaAsP Optical Waveguides with Arbitrary Index Profile

A novel realization of non-uniform semivectorial finite difference method for the analysis of semiconductor optical waveguides is presented. By using non-uniform mesh structure computer time is saved while the accuracy is maintained. Also, the accuracy of the results increased by balancing the coefficient matrix without increasing computation time. Calculation of all eigenvalues (real and complex) is enabled by the method. The results of the calculation are compared for uniform and non-uniform methods and for two different optical waveguides. It is indicated that accuracy of the result is mainly dependent on the mesh refinement near the material interfaces. It is also indicated that for small mesh size using non-uniform method is necessary while uniform method is useless due to huge computer time and memory needed.