虚拟手术仿真中的四面体切割方法

人体软组织及器官的切割仿真是虚拟手术仿真的重要组成部分，软组织及器官的几何模型普遍采用四面体模型，切割的同时，软组织及器官的拓扑结构发生变化，模型中的部分四面体基元必须能够通过分裂或合并以适应上述变化，并影响虚拟手术仿真过程的计算模型、碰撞检测、可视化等。本文对近年出现的四面体重构的规整法、无缝切割法和最小数据集法进行了分析，并总结了上述方法的优缺点。     

Delaunay三角剖分的几种算法综述

多边形的三角剖分是计算几何中的基本问题,本文对三角剖分算法做简要的综述,并对约束三角剖分动态算法进行了研究,为设计更好的三角剖分算法提供了一定的依据。     

基于改进遗传算法的三角剖分优化算法研究

以三角剖分原理和传统基因遗传算法为基础,提出了一种优化三角剖分的改进基因遗传算法．该算法采用下三角矩阵表示三角剖分问题,并设计出相应的适应度函数、改进的算子以及控制参数,以弥补传统基因遗传算法的不足,提高了执行速度和进化效率．     

无序点云的平坦度自适应增量网格重建算法

设计了无序点云的平坦度自适应增量网格重建算法,通过对局部曲面平坦度的计算,根据预定义的公式,动态地调整自适应逼近误差参数,从而在保证网格质量的同时,过滤部分对重建效果意义不大的点,因此,适用于海量数据．该算法避免了基于三维Delaunay的四面体剖分带来的高复杂度及基于二维平面投影的三角剖分带来的变形和局限性．实验证明,能够高效、可靠地生成贴近原始曲面的三角网格,并取得较理想的绘制效果．     

局部网格狭长三角形的品质改善及实现

通过对传统三角剖分的讨论 ,提出了局部网格狭长三角形品质改善的方法 ,此方法通过对狭长三角形的删除和对新产生的顶点作算法的调整 ,有效地改善了狭长三角形 ,使三角网格具有良好的形态 .     

关于已知散乱点集三角剖分的优化

本文详细的讨论了已知散乱点集三角剖分的优化问题,并指出了三种特殊三角剖分的等价性,同时也给出了其优化方法。     

虚拟膝关节镜手术中游离体实时模拟技术研究

针对游离体摘除手术的特点,在分析游离体的生理环境和受力特点的基础上,建立了虚拟游离体的动力学微分方程及其数值求解方法;为在虚拟关节镜手术中更加真实的模拟游离体摘除手术提供了有效方案.通过计算游离体运动状态,建立了仿真系统的控制流程和数值计算算法.在实时模拟的计算过程中,根据游离体的碰撞情况、速度、当前受力的状态,选择中点插值法或欧拉法插值的数值计算方法,保证游离体的运动状态的连续性.最后利用该方法在glut窗口系统下建立了基于数据手套的膝体游离体摘除仿真交互系统,达到了预期的模拟效果.     

椭圆锥表面的计算机展开

本文基于曲面三角剖分拟合的原理，建立了椭圆锥表面计算机展开的递推算法．     

三角网格中的孔洞修补算法

提出一种三角网格中的孔洞修补算法, 先应用最小内角原则, 对孔洞直接进行三角剖分得到孔洞剖分的新三角形集合, 然后依据孔洞边界顶点密度, 应用圆和最大内角优化原则, 对新三角形集合进行加点细分得到初始补丁网格, 最后应用λ-μ方法对初始补丁网格进一步优化, 得到最终的补丁网格. 实验结果表明, 该算法效率高、 准确性好.     

地质模型网格剖分中Delaunay三角剖分算法的实现及优化

地震勘探方法的核心就是对地震波数据的采集、处理和解释,尽可能真实地反映地下的地质构造．整个勘探过程中,数据处理的难度最大,难点在于数据量大、运算量大．网格剖分由于其本身算法的繁琐和易错性成为整个数值模拟过程中的瓶径．选择并实现可根据少量的输入数据生成同时满足通用性与健壮性要求的网格数据的剖分算法具有重要实用意义．本文提出了地质模型数据不规则网格剖分算法的思路,并实现了经过优化的Delaunay三角形网格剖分算法。     

虚拟加工过程中切削力建模和预报

在Oxley的切屑形成模型基础上，根据切削力预报反问题的原理及其求解建立了一种更为精确的切削力预报算法，预报过程可以显示切削参数和刀具结构对前刀面边界条件和材料常数的影响。切削力预报统计结果表明，主切削力的平均误差为1.2896%，径向力的平均误差为3.1917%，尤其适合高速切削。     

虚拟环境中面向操作工艺规划的装配建模

交互虚拟装配技术已经广泛应用于产品设计和制造过程,然而由于虚拟装配操作和实际操作在时间和空间上不一致,目前的交互虚拟装配技术仍然难以直接支持装配工位上的操作工艺规划。为此提出了一种基于交互装配操作仿真的操作工艺规划方案,该方案建立包含全部装配要素的装配操作模型,基于该模型,通过交互装配操作仿真获取初始操作序列,再基于标准操作动作要素数据库将该操作序列变换成真实操作动作序列。重点研究支持操作动作序列获取的装配活动模型,以及操作仿真过程的模型求解问题。最后以一个发动机装配实例验证了上述方案和装配操作模型。     

基于蚁群算法的虚拟企业生产任务调度优化研究

描述了虚拟企业生产任务调度的层次框架,该调度框架包括虚拟企业全局调度和合作伙伴局部调度两个层次.针对虚拟企业调度层的优化问题,综合考虑虚拟企业生产任务的时序逻辑关系、作业时间和生产任务集等影响因素,建立了以任务总作业时间最小化为目标的数学模型,并基于蚁群算法对上述优化模型进行了求解.应用实例与算法比较验证了优化模型与求解算法的有效性.     

VLAB中虚拟设备库建模方法的研究

研究了VLAB中虚拟设备库模型需要满足的几个条件，在此基础上将面向对象的方法应用到虚拟设备库的建模中，根据组成系统的对象及其相互作用关系来构造仿真模型，使模型具有良好的独立性，可扩展性、可维护性和可重用性，从而满足了仿真分析的需要。     

遥操作机器人系统中的虚拟动力学检测算法

描述了物体间交互的FV和EE两种基本接触模式,在此基础上提出了用八叉树结构来构建虚拟环境的几何模型和动力学模型,给出了不但考虑刚度,而且考虑惯性和阻尼的虚拟仿真机器人与虚拟环境交互的虚拟力检测的一般算法.对于模型空间中的任何形状的实体都可以由八叉树法分割的立方体序列来表示,而其实体的总的虚拟交互力是在FV和EE两种基本接触模式下所分割的所有立方体间的矢量和.实验显示了本文所给出的算法的可行性.该算法对虚拟现实临场感遥操作机器人系统控制结构和控制算法的分析和设计,特别是系统中人机接口的设计具有重要价值.     

纵轴式掘进机钻进工况切屑图模拟研究

说明了纵轴式部分断面掘进重要工况机钻进状态的复杂性,在详细地分析了截割头钻进过程的基础上,通过编制计算机程序,利用模拟的方法,求得了反映截割头钻进性能的截齿切屑图,并分析了不同煤岩、不同钻进速度和不同截割头转速下的钻进性能,为正确地设计掘进机工作机构的结构和合理地选择机器的截割参数奠定了基础。     

虚拟矿山系统中三维断层模拟技术

由于断层空间展布的复杂性及断层数据的缺乏。根据断层的基本属性，运用单一平面或者多个平面拟合断层面的方式，推演未知断点，对断层的空间几何形态进行数学描述；并且提出了基于体分割的层次三维拓扑结构和基于面向对象的框架模型。实例表明，所提出的方法能够有效而准确地实现包含正、逆断层以及尖灭断层等复杂断层的三维模拟。     

An effective algorithm for needle tip displacement compensation in robot-assisted percutaneous surgery

This paper presents an automatic compensation algorithm for needle tip displacement in order to keep the needle tip always fixed at the skin entry point in the process of needle orientation in robot-assisted percutaneous surgery.The algorithm, based on a two-degree-of-freedom (2-DOF) robot wrist (not the mechanically constrained remote center of motion (RCM) mechanism) and a 3-DOF robot arm, firstly calculates the needle tip displacement caused by rotational motion of robot wrist in the arm coordinate frame using the robotic forward kinematics, and then inversely compensates for the needle tip displace-ment by real-time Cartesian motion of robot arm.The algorithm achieves the function of the RCM and eliminates many mechanical and virtual constraints caused by the RCM mechanism.Experimental result demonstrates that the needle tip displacement is within 1 mm in the process of needle orientation.     

基于改进粒子群优化算法的无人水面艇动态避碰方法

针对"蓝信"号无人水面艇的动态避碰问题,提出一种基于改进粒子群优化算法的动态避碰方法.首先,考虑障碍物轮廓的长宽比不同,将障碍物膨化为圆形和椭圆形,并采用速度障碍原理求取避碰模型,同时,在避碰过程中加入国际海上避碰规则约束;其次,对粒子群优化算法进行自适应改进,使其针对避碰策略的求取能够快速收敛到最优解,提高算法的收敛速度与精度,满足避碰算法的快速性要求;最后,搭建虚拟视景仿真平台,模拟航行中的海洋环境,以"蓝信"号无人水面艇为模拟对象,对所提出的避碰算法进行仿真验证.仿真结果表明了该避碰方法的可行性和有效性,为无人水面艇的自主动态避碰提供了一种可行和有效的解决途径.