集成电路刻蚀过程三维建模与可视化技术研究

提出了一个新的、适合于三维条件下集成电路刻蚀过程的数学模型,并对其进行离散化处理,使它能够使用数字计算机进行刻蚀过程的仿真;同时研究了刻蚀过程的表面演化过程并给出了相关的数学模型;又研究了刻蚀模型仿真可视化技术的相关算法以及实现;最后给出了仿真结果并对其进行了讨论。     

微机械陀螺的刻蚀误差特性分析

微陀螺仪结构上的腐蚀凹槽或腐蚀腔可以由深层反应离子刻蚀技术得到,加工过程中存在的刻蚀误差对微陀螺的固有频率、输出精度和稳定性有重要的影响.采用有限元分析软件ANSYS建立了一种梳状微机械陀螺的有限元分析模型,采用解析的方法并通过Matlab数学软件进行仿真,研究了由于加工误差导致微梁过度刻蚀对微陀螺驱动模态、检测模态、固有频率、带宽、灵敏度的影响.结果表明,微梁刚度和微陀螺固有频率随着刻蚀角度的增大而增大;最大过度刻蚀角度为±2度时,其驱动模态和检测模态的固有频率的变化率均超过了14%;刻蚀误差会导致微陀螺工作模态降阶,以及干扰模态介于与驱动和检测模态之间且与驱动模态频率相近,这会严重影响微陀螺的输出精度;带宽随过度刻蚀夹角增大而减小,灵敏度随过度刻蚀夹角的变化而发生不规律变化;当刻蚀角度介于0°~1.5°时,微陀螺的灵敏度将高于无刻蚀误差时微陀螺的灵敏度.     

基于单张人脸图像三维形状模型重建

在人脸图像识别优化的研究中,针对由单张人脸图像重建三维模型时对人脸图像姿态存在要求的问题,为了提高识别精度,提出基于单张人脸图像姿态预估计和主成分分析(PCA)的形状模型重建算法.首先由三维姿态估计方法得到人脸姿态,并建立人脸形状模型样本库,然后通过选取的特征点,利用主成分分析进行三维人脸形状模型的重构,最后利用径向基函数(RBF)变换和特征点坐标精确调整三维人脸形状模型,并进行仿真.仿真结果表明,重构的三维人脸形状模型效果良好,提高了精度,对有旋转姿态的人脸图像和特征点定位误差也有很好的鲁棒性.     

基于TPWL方法的MEMS热微执行器的热电耦合宏建模

本文给出了一种基于轨迹分段线性化TPWL( Trajectory Piecewise-Linear)方法的非线性热电耦合宏建模技术。首先建立了MEMS热微执行器的三维非线性热电耦合模型,并采用有限元方法对其进行空间离散,然后利用新的基于全局最大误差控制的线性化点选择算法获得一组线性化点,最后使用TPWL方法构造MEMS热微执行器的热电耦合宏模型。以平板式热微执行器为例,研究了宏模型的精度、效率及可扩展性。与全模型仿真结果进行比较,宏模型仿真结果的相对误差可达到0.036%,加速比可达到100倍以上。     

基于变精度粗集和搜索树的增量规则获取算法

基于可变精度粗糙集模型和搜索树提出了一种新的增量式规则获取算法。该算法引入可变精度粗糙集模型以已获取规则集为启发信息,通过对解空间进行深度优先启发式搜索产生新的不确定性规则;并通过对原有规则置信度的更新,给出了原有规则集的更新算法;最后给出了实例分析。     

基于NURBS的点阵材料参数化建模方法

点阵材料因具有优异的物理性能而受到广泛重视,但是相关理论模型研究滞后且仿真数字模型构建存在困难。对比提出一种基于NURBS的点阵材料参数化建模方法。通过给定参数化的骨架模型以及局部控制尺寸,依据骨架模型节点处曲线数量分别构建基本单胞和复杂单胞。这些单胞模型按照点阵材料骨架曲线的拓扑关系进行拼接,从而生成点阵材料NURBS模型,并通过切片对该模型进行三维打印模型验证。通过开发的点阵材料造型系统给出建模实例表明,该方法能够实现点阵材料的参数化建模,从而为进一步的等几何分析提供模型基础。     

一种基于人体测量学的三维人体快速建模方法研究与实现

常用的个性化三维人体建模方法存在数据量大,处理过程复杂,不适合Web应用的不足,该文提出一种新的快速进行三维人体建模的方法,该方法根据人体测量学和人体解剖学原理,结合人体表面特征点和特征线分布规律,应用超椭圆仿真人体各截面、采用层次参数驱动设计思想,实现快速创建个性化三维人体模型。该方法具有满足实时要求、交互参数少,易于控制,误差小、模型真实感强等优点,并可以准确地提供骨骼关节点和人体特征点,适于三维仿真形象动态设计、人体运动模拟和虚拟服装试衣等多种应用。     

情感表现下的三维人脸颜色建模技术 *

为了提高三维人脸面部表情的真实感 ,研究并提出了一种基于 GPU的人脸颜色参数模型。该模型使用了 MPEG-4中定义的人脸特征点 ,划分了每个特征点的作用范围 ,通过改变特征点的颜色值带动该点周边影响范围内点的颜色改变 ,并采用帧间插值算法实现了颜色的平滑过渡。仿真实验表明 ,该模型达到了较为逼真的人脸表情动画效果。     

一种基于人体测量学的三维人体快速建模方法研究与实现

常用的个性化三维人体建模方法存在数据量大,处理过程复杂,不适合Web应用的不足,该文提出一种新的快速进行三维人体建模的方法,该方法根据人体测量学和人体解剖学原理,结合人体表面特征点和特征线分布规律,应用超椭圆仿真人体各截面、采用层次参数驱动设计思想,实现快速创建个性化三维人体模型。该方法具有满足实时要求、交互参数少,易于控制,误差小、模型真实感强等优点,并可以准确地提供骨骼关节点和人体特征点．适于三维仿真形象动态设计、人体运动模拟和虚拟服装试衣等多种应用。     

齿轮齿根应力和轮齿变形的三维整轮仿真

使用高性能并行计算机和ANSYS有限元软件,通过精确产生齿根过渡曲线和齿轮三维实体模型,建立可靠的高精度的有限元网格模型和计算模型.使用三维20节点等参单元计算,仿真一个真实齿轮整体模型的三维齿根应力和轮齿变形.二维模型和三维等效模型的仿真计算误差和可靠性对比表明,该方法可为计算齿根应力和轮齿变形提供参考.     

高斯投影下的人机交互式物体仿真算法研究

基于物体表面的离散三维数据点,提出了一种人机交互式物体仿真建模算法。使用概率统计中均值与方差的知识对数据点进行去噪处理,借助地球地理经度、纬度坐标的概念采用高斯投影的方法对数据点进行初始网格的构建,借助Bezier曲面寻找新的控制点来对初始网格进行插值细分。在物体的整个仿真过程中使用OpenGL中的键盘控制函数实现人机交互式的建模,并且对建模后的物体进行光照、材质等的设置。实验结果表明提出的仿真建模算法是真实有效的,可以直接应用于古建筑物的修复、3D打印等领域中。     

一种人眼运动及表情仿真方法

真实感人脸动画是计算机图形学领域的一个研究热点,为了更逼真的仿真虚拟人眼部的表情动作,提出了一种基于机构学原理与肌肉模型的人眼运动及表情仿真方法。可将人眼眼皮的三维网格模型分为边界点和非边界点分别控制,对于边界点的运动采用机构模型实现,对于非边界点及眼部其余部分采用肌肉模型控制,仿真出不同的人眼运动及表情。同时给出了仿真运动的效果实例。采用上述方法可以得到逼真的人眼表情动作仿真动画,效果良好。     

基于平面格网的非量测CCD相机自标定

传统的相机标定方法通常需要建立复杂3维标定块或高精度3维控制场,在实际应用中受到了一定的限制。本文采用平面控制格网作为标定块,根据相机的理想模型确定内方位元素,利用2维直接线性变换和共线方程分解出相机的外方位元素初值,采用改进的Hough变换算法检测标定图像中的格网直线并利用最小二乘法拟合出最佳直线,通过求直线的交点得到标定格网点的像坐标。最后利用自检校光线束法平差进行相机的精确标定。实际图像数据实验结果表明,主点和焦距的标定精度分别达到了0.2像素和0.3像素左右。可以满足高精度近景3维量测的要求。     

狭窄空间无人机动态三维A*算法研究

针对三维飞行器在动态环境下使用三维A*算法进行局部仿真时,环境信息未知,存在冗余点和拐点,导致收敛时间长、路径节点扩展代价大、易陷入局部最优问题,提出一种基于全局与局部相结合的动态三维A*寻路算法。此算法首先改进评价函数的权值系数动态分配,减小路径冗余点和拐点,从而降低算法耗时,缩短路径长度;其次改进路径生成策略,有效提高算法效率,避免陷入局部最优,进一步缩短路径长度,从而实现飞行器在三维动态环境中的路径规划。将改进后的算法进行仿真对比,仿真结果表明,改进后的算法路径更加合理,算法耗时和路径长度更短。     

Modelling and simulation of forming process of the lithographically fabricated out-of-plane microlens using a cellular automata method

Three dimensional (3D) cellular automata (CA) model has been successfully applied in photoresist etching simulation in recent years. In this paper, a simplified 3D CA model is used to simulate the etching process of out-of-plane microlens fabricated on thick SU-8 photoresist. The simulation results are compared with experimental results. This CA model can be developed as a computer-aided design tool to predict the optimum process parameters during the forming of lithographically fabricated microlens.     

基于柱坐标B样条活动曲面模型的3D分割方法

基于长轴和短轴系列核磁共振图像重建3D左心室内外表面是提取左心室基本形态参数以及左心室运动分析的基础.提出了柱坐标B样条主动表面(CBAS)模型,将其用于3D分割左心室内外膜表面. CBAS模型的等参曲线网格由B-snake模型组成,根据短轴、长轴成像平面在3D空间中的位置关系,网格中的节点在两幅短轴及长轴图像上寻找对应的边缘点,节点间的采样点则在单一的短轴或长轴图像上获得图像能量.首先利用改进的模糊Hough变换确定短轴图像中左心室心肌内外轮廓的大致位置,其次用其构建柱坐标B样条主动曲面模型的初始表面.对左心室表面的分割过程在柱坐标下进行,使得模型在SA图像及LA图像上形状的改变能够统一为一个参数的变化,减小了模型的复杂度.最后通过与手工分割结果的线性回归分析证明了方法的准确性.     

基于变形与测地距离一致性约束的3D面皮点对应

针对三维面皮生理点对应关系建立这一难题,充分考虑测地距离在描述复杂几何体表面形状方面的优势,提出了基于变形与测地距离一致性约束的3D面皮生理点对应方法。首先在Frankfurt坐标变换后标定面皮特征点集,利用特征点对应关系进行TPS变形;然后根据特征点几何特征向量建立初始点对应关系集,并利用测地距离一致性约束对其进行修剪以生成对应关系核心集;最后扩展对应关系核心集,直至确定源模型上每一顶点的对应关系。实验表明,该方法提高了点对应关系准确度,可有效建立三维面皮生理点对应关系。     

基于点云增强的网格化优化算法

针对三维点云在采用传统泊松算法进行网格化重建时,重建时间较长并且最终重建出的模型存在孔洞和局部细节缺失等问题,提出一种基于点云增强的网格化优化算法。该算法首先通过统计滤波对初始点云进行降噪处理,为了在保证细节特征的基础上提高重建效率,在通过体素滤波进行适当点云降采样的同时利用双三次样条插值进行点云孔洞修复,然后将移动最小二乘法误差函数引入到点云法向计算中以优化点云法向量的质量。实验结果表明,优化后的网格化算法较传统泊松重建算法耗时更短,并且在一定程度上提高了重建模型的准确度。     

Three-dimensional simulation of sacrificial etching

Sacrificial etching is one of the most important process steps in micro-electro-mechanical systems technology, since it enables the generation of free-standing structures. These structures are often the main part of micro-mechanical devices, intended to sense or induce a mechanical movement. The etching process transforms an initial multi-segmented geometry and depends on material properties and several process conditions. One of the crucial issues for etching is the etching selectivity on different materials. The major task for the simulation is to give an answer, how sacrificial layer surfaces regress in time under the influence of process parameters and to which magnitude surrounding material segments are affected by the etching process. For this purpose we have developed a fully three-dimensional topography simulation tool, Etcher-Topo3D, which is capable to deal with realistic process conditions. The main concept is demonstrated in this work. During simulation the topography of the initial multi-segment geometry is changed which is handled by a level-set algorithm. After a simulation is finished, the level-set representation has usually to be converted back to a mesh representation to enable further analysis. To illustrate the main features of our simulation tool several examples of MEMS structures with a sacrificial layer are presented.