多孔介质3维孔隙空间的隐式曲面造型方法

多孔介质中孔隙空间的结构描述和问题求解是许多复杂形态实体微观分析和科学计算的基础,而实际的多孔介质孔隙空间结构由于异常复杂,采用简单的造型方法往往不能满足绘制和进一步计算的要求。为此,针对自然岩石核磁共振的3维体数据,提出了一种适用于多孔介质孔隙空间的造型方法。该方法首先通过最大球方法识别体数据中的孔隙空间,然后根据孔隙的层次关系和连通关系,通过建立孔隙空间的孔洞-网络模型来描述孔隙空间的拓扑结构,并结合隐式曲面造型方法来构造多孔介质孔隙空间的模型。将该方法运用到自然岩石的3维图像分析中的实验结果表明,该方法不仅使得多孔介质孔隙空间的复杂拓扑结构得以保留,而且保证了重建曲面的光滑性。     

矢量化组合造型和三维仿真

本文提出了矢量化组合造型模型，该模型由平面矢量曲线生成体素，给出了体素的亮度计算和贴花方法，研究了由体素形成复杂组合体的数学模型，讨论了该模型的实现方法和组合造型数据文件的组织形式。     

基于图的机械系统拓扑结构的数据存储

应用图论的概念和建模理论,分析了机械系统机构图和拓扑结构图的关系,提出了一种新的基于图的机械系统拓扑结构的数据存储模型.该存储模型不仅解决了复杂多体系统的存储结构问题,避免了非树形多体向树形多体的切除转换,而且使树形多体系统和非树形多体系统从数学建模到数据存储达到高度一致.     

基于边界采样技术的插值Loop细分方法

本文在分析了传统几何造型的弊端及开曲面造型中光滑边界曲线的插值要求后,针对细分曲面造型方法中较常用的Loop细分,提出了基于边界采样技术的插值细分曲面造型方法。该方法一方面利用了细分曲面造型的优点,如算法简单、可表达任意拓扑结构等;另一方面又满足了工程应用中插值边界曲线的要求。文中详细讨论该算法的步骤,并通过示例验证了该算法的有效性和实用性。     

小麦植株拓扑结构发生过程的仿真研究

以小麦作物为研究对象,采用小麦植株形态结构的观测分析,提出了由多层次自动机模型、植株拓扑结构数据模型和模型调度算法构成的小麦植株拓扑结构的发生过程仿真方法.多层次自动机模型将小麦植株拓扑结构的发展过程视为生长单元、叶元和器官三个不同层次基本结构的重复、迭代,并以此建立宏状态、子状态和微状态自动机,进行拓扑结构演变过程的控制和形式化描述;植株拓扑结构数据模型基于小麦分枝结构的特征,建立拓扑结构的抽象单元和抽象单元间的关系,实现植株拓扑结构的描述与结构化存储;模型调度算法以多层次自动机为控制机制,进行植株拓扑结构数据的动态更新.在此基础上,采用VC++/OpenGL建立小麦虚拟生长可视化系统,进行了植株拓扑结构发生过程仿真,结果表明,改进方法能够对小麦个体全生育期拓扑结构的演变过程进行准确仿真,与同类仿真方法相比较,具有拓扑发生规律形式化定义易于建模理解、拓扑结构发生仿真控制精确、拓扑控制与描述分离利于改进和扩展等特点,可为虚拟小麦生长研究提供技术支撑.     

建立在数据库上的实体造型,曲面造型系统—HYBRID

HYBRID是一个建立在数据库上的实体造型及曲面造型系统,该系统是在北京航天航空大学的PANDA实体造型系统的基础上开发的。HYBRID以集合运算(交、并、差)为工具,由简单物体——基本体素及二维图形,形成复杂物体。系统采用了CSG、B-rep数据结构充分地表示了体的几何信息及拓扑信息。数据库的使用使系统存储量增大,管理统一、方便,图形及非图形信息容易统一处理。曲面造型采用了非均匀有理B样条曲面插值,通过路径、截面的定义形成曲面。HYBRID适用于作为机械、建筑计算机辅助设计的支撑工具及管道的曲面设计。     

以复形为基础的非流形造型与基于物理的造型相结合的物体表示

提出一个新的表示物体的框架。通过非流形造型与基于物理的造型相结合，从拓扑结构和几何信息两个方面扩大了模型的表示范围。以代数拓扑中的复形为基础的非流形造型的作用是生成物体的拓扑框架，既可以表示ＣＡＤ的物体，更适合表示具有复杂拓扑结构的自然物体。基于物理的造型的作用是在拓扑框架上生成最终的几何信息。二者的结合提供了一种新的几何造型手段。     

三维地质结构模型中闭合地质块体的构建

三维地质建模中现有地质闭合区块搜索算法基于网格单元间的拓扑进行拓扑搜索,面临着拓扑信息冗余、计算量大、计算复杂度高等缺点.针对这一问题,以搜索拓扑封闭三维地质区块作为研究目标,提出一种适合表达地质界面复杂拓扑关系的拓扑模型,并在该模型上实现快速地质闭合块体搜索.由于地质闭合区块的搜索本质上应该在拓扑空间进行,因此分别定义了拓扑分界点、拓扑分界线、拓扑分界面片、拓扑分界面、闭合区块来表达复杂的地质模型在拓扑空间中的结构,将几何空间与拓扑空间分开表达存储,并在构建过程利用地质曲面的边界信息,遵从点、线、面、体的顺序逐级进行构建:依据拓扑分界点定义在三维曲面边界信息中构建拓扑分界点;在2个拓扑分界点间构建拓扑分界线并填充其拓扑信息;在拓扑分界面上追踪由拓扑分界线组成的封闭拓扑分界面片;对全局拓扑分界面片进行拓扑分析得到闭合区块.实例测试表明,由于拓扑模型的构建过程只利用了地质曲面的边界信息,因此构建过程快速,大大简化了识别的复杂度,可以满足任意复杂曲面间的接触关系的处理,也就从理论上解决了任意复杂的三维地质闭合区块的快速识别问题.     

星形低功耗无线数据采集网络的设计与分析

为解决复杂现场的数据采集和传输问题,设计了一种星形拓扑结构的低功耗无线数据采集网络,给出了一种星形拓扑结构网络的通信协议.采用排队论方法建立M/M/1模型,对系统进行了分析,并深入分析了系统的整体功耗及其计算方法.试验证明,该数据采集系统中各个仪表的正常工作时间均超过5个月,能够满足其对低功耗设计、实时性与准确性的要求.     

多体系统仿真分析平台子系统建模技术

针对多体系统建模效率低、模型重用困难等问题,研究了复杂多体系统模型的子系统建模技术.提出支持系统分解和模型重用的子系统结构,采用虚部件定义子系统外部拓扑连接关系,通过主控参数封装模型设计知识和内部参数信息,从而建立自顶向下的层次化子系统结构模型;然后依据子系统主控参数关联关系及层次化结构特点,提出复杂多体系统参数化求解与装配算法.最后以卡车整车建模实例,介绍复杂多体系统的子系统建模过程.     

脑血管体绘制的快速表意式增强

利用3维可视化技术重构脑血管模型,获取脑血管及其相关组织的立体结构,对于辅助诊断脑血管疾病具有重要意义.鉴于脑血管位置的特殊性、形态的复杂性及灰度信息的多变性,要求重构技术能够清晰还原其空间结构.基于CUDA(computed unified device architecture)的光线投射体绘制,引入深度和轮廓宽度等因子,采用基于曲率的轮廓增强、基于深度的边界增强以及基于立体显示和颜色融合的深度线索提示等表意式技术,实时重构高质量3维血管模型,生动展现脑血管的3维结构信息,如深度、梯度、观察方向等.实验结果表明,本文方法的有效性,在精确显示脑血管结构的同时能够增强体绘制效果.     

基于3D结构和图象的复杂场景建模绘制

论文讨论IBR的现状和发展,并在分析IBR方法的基础上提出一种改进的建模绘制方法:基于3D结构和图象的复杂场景建模绘制。即结合3D结构,整体应用三维实体,在某些结构复杂的细节处应用IBR技术,以达到真实绘制。     

基于3D结构和图像的复杂场景建模绘制

文章讨论了IBP（imagpe-based-rendering)的现状和发展，并在分析IBR方法的基础上提出了一种改进的建模绘制方法——基于3D结构和图像的复杂场建模绘制。即结合3D结构，整体应用三维实体，在某些结构复杂的功节处应用IBR技术，以达到真实绘制。     

基于OPENGL的树木场景渲染分析与实现

研究了基于OPENGL的树木生成算法与树木场景渲染模式,针对自然界中的植被场景中植物的三维建模难以实现高效、快速、准确的实时渲染的难题,为改善树木形态结构建模与实时渲染的效果和速度,提出了一种面向GPU的针对叶簇的渲染架构,给出了树木建模与渲染的具体实现算法,并完成了三维替代物渲染技术,结合叶簇不同形态,采用基于几何模型的枝干渲染和基于2.5维替代物的叶簇渲染,较大地提升了视觉效果的真实性,使树木建模与实时渲染效率和准确性均得到明显提高。仿真结果表明,树木场景渲染实现模式能够较好的满足图像处理需求。     

一种点面混合的复杂三维模型加速绘制方法

在主流个人计算机硬件条件下，为加速百万以上三角面片构成的复杂稠密几何模型的绘制速度，综合基于几何的建模与绘制方法GBMR和基于点的建模与绘制方法PBMR的优点，提出了一种同时使用三角面片和点作为基本单元进行对象建模与绘制的点面混合方法．在预处理阶段，对模型表面进行网格分割，存储子块三角面片和顶点点云数据，同时对顶点点云按顶点重要度排序并序列化为线性结构．在实时绘制阶段，进行视相关的裁剪和背面剔除，不同子块按视点距离分别由三角形或点进行绘制．以上过程充分利用图形处理单元GPU，实现了基于GPU的点面混合的对象连续多分辨率绘制，有效地提高了复杂模型的绘制效率．     

一种基于TIP技术的场景重建和漫游方法

基于图像的建模和绘制方法与基于传统的几何绘制方法相比有很多优点。但是，在场景几何未知的情况下，要实现单幅图片和图像序列的漫游，难度很大。TIP技术使得在一幅图像中漫游成为可能，但它采用的平面建模方法有很大的局限性。本文在对TIP技术扩展的基础上提出了一种曲面建模的方法。该方法减少了TIP技术的限制，扩展了其适应性。实验结果表明，本文提出的算法是有效的，具有实际应用价值。     

Visual simulation of thermal fluid dynamics in a pressurized water reactor

We present a simulation and visualization system for a critical application—analysis of the thermal fluid dynamics inside a pressurized water reactor of a nuclear power plant when cold water is injected into the reactor vessel. We employ a hybrid thermal lattice Boltzmann method (HTLBM), which has the advantages of ease of parallelization and ease of handling complex simulation boundaries. For efficient computation and storage of the irregular-shaped simulation domain, we classify the domain into nonempty and empty cells and apply a novel packing technique to organize the nonempty cells. This method is implemented on a GPU cluster for acceleration. We demonstrate the formation of cold-water plumes in the reactor vessel. A set of interactive visualization tools, such as side-view slices, 3D volume rendering, thermal layers rendering, and panorama rendering, are provided to collectively visualize the structure and dynamics of the temperature field in the vessel. To the best of our knowledge, this is the first system that combines 3D simulation and visualization for analyzing thermal shock risk in a pressurized water reactor.     

Haptic rendering based on spatial run-length encoding

In this paper, an extendable volumetric representation based on run-lengths called spatial run-length encoding (S-RLE) is presented. The S-RLE representation is developed for a haptic shape modeling system that is based on simulated machining processes. In the system, shape modeling is simulated as virtual material removal processes similar to machining processes with volume-based haptic rendering. The object and the tools are represented by S-RLE. The data structure of S-RLE consists of two cross-referenced databases: one is a stack of lists in geometrical domain, recording the runs describing the space occupation of the object; the other is a table in physical domain, describing the physical properties of each element. The latter is extendable to include more diverse physical properties such as parts composed of heterogeneous materials. Algorithms for geometric operations and haptic rendering based on S-RLE are developed. The proposed S-RLE data structure has the features of efficient memory usage, quick collision detection, inherent representation for heterogeneous objects, and fast visual rendering.     

基于ACIS平台的大型三维CAD系统的设计与开发

该文介绍了一个基于ACIS平台的大型三维CAD系统的设计、开发与应用。分别介绍了该系统的交互系统、造型系统和渲染系统的设计与实现。设计了一个栈式命令处理系统，便于实现异常复杂的用户交互命令。简要介绍了特征造型功能在ACIS平台上的实现。在ACIS框架上自选算法，重新设计了渲染引擎，扩展了渲染数据结构和功能，克服了ACIS提供的渲染引擎的局限性，得到了独特的渲染效果。最后介绍了本系统的应用情况。     

A new conceptual design tool for cable-membrane structures

The paper describes how the medial-axis construction of a geometric domain can be used in the design of cable-membrane structures. The developed method can be used in a conceptual design tool suggesting different shapes to an architect. At the same time this method can also help in the discretisation of a cable-membrane structure by automatically generating finite element meshes of the structures. The paper includes examples to demonstrate the capabilities of the method.