粒子方法前处理系统的设计与实现

粒子方法作为一种直观而常见的模拟方法,已在化工、材料、生物等领域广泛应用。本文针对粒子方法前处理过程的实际需求,利用开源项目BRLCAD的相关功能,设计实现粒子方法的前处理系统。该前处理系统包含几何建模、粒子生成、边界生成等3个模块,提供图形化交互式的几何建模和前处理结果显示功能,以完成复杂边界,多种粒子的复杂算例前处理工作,扩展性良好。最后用实例,说明利用此系统处理工作时,能以简单的步骤,建立较复杂模拟算例的初始数据。     

大规模粒子模拟并行前处理系统的设计与实现

粒子模拟是目前化工、材料、生物等领域重要的研究手段之一.随着计算机软硬件的发展和大规模并行集群的出现,可模拟的粒子规模越来越大,模拟对象也越来越复杂.前处理足粒子模拟初始数据的生成环节,它负责将模拟对象转化为粒子系统,并按照模拟算例需求,将粒子数据输出为文件.前处理是连接模拟对象和模拟计算的纽带.是粒子模拟过程中关键的一步.本文提出的设计方案是首先使用BRLCAD建立模拟对象的三维模型,然后将二维模型转换为空间枚举,接着在空间枚举的规则块中填充粒子,同时通过使用元胞法检测粒子之间的冲突来保证粒子的合法性,最后根据粒子的类型和位置计算粒子的物性并将粒子数据输出到文件.本文根据该设计方案结合MPI并行计算技术,实现了大规模粒子模拟并行前处理系统,并进行了一系列的测试证明了该系统的实用性和可靠性.     

一种前处理匹配方法

在分形图像压缩中，图像被分割成序列块和主块，其中每一个序列块与其相似的主块要从主池(子图像集)中进行匹配选择。不过，这个较大的池中实际上只有一部分被利用在图像编码中。我们通过利用较强亮度变化的主块来缩减主池，从而导致了分形图像在编码时间方面的改善。     

一种高效粒子滤波检测前跟踪算法的仿真分析*

分析了一种高效粒子滤波检测前跟踪算法的独特结构。其算法中存在两类粒子互相竞争与协作的复杂关系。针对其两类粒子数量选择的困难,通过大量仿真对比分析了两类粒子五种数量比例在不同总粒子数和不同过程噪声水平下的算法性能。仿真结果表明在两类粒子数量相等附近时,算法综合性能较好。     

粒子群优化算法边界条件研究

粒子群优化算法在搜索全局最优过程中,粒子可能超出界限。针对该情况,提出5种新的受限制的边界条件,将出界粒子随机置于搜索空间内。通过基准函数将这5种边界条件与原有的6种边界条件进行对比测试,并从全局最优和收敛速度两方面对仿真结果进行分析,结果表明,新提出的随机重置的边界条件其性能明显优于置于边界的情况,无形/吸收的边界条件也稍优于其他不受限制的边界条件。     

液体前处理装置监控系统的可靠性设计与实现

液体前处理系统是一种新型样品微量组分检测预处理装置,主要用于样品提取和分析过程,特别适用于粮食、蔬菜、水果等固体物中微量组分的分析。液体前处理系统可靠性设计的思路主要根据人与环境特性,分别从计算机硬件、软件两个方面展开避错设计和容错设计,从而提高计算机系统工作的可靠性。     

一种新型多雷达多目标粒子滤波检测前跟踪算法

针对多雷达多目标检测跟踪中,当目标间距较近时,易出现的目标点迹偏移问题,提出了一种新型多雷达多目标粒子滤波检测前跟踪算法(NM-PF-TBD)。算法采用双层粒子滤波结构,在目标跟踪层中对某一目标跟踪时,首先基于上周期其他目标点迹,重新计算传感器探测信息,其次,基于修正后的传感器探测信息计算粒子权值,然后,基于粒子群中不同权重粒子的分布情况,删除有害粒子,补充有益粒子,避免重采样后的跟踪粒子群中心偏移,从而保证目标点迹不发生偏移。仿真结果表明,与其他算法相比,本文所提算法能够在远距离观测多个较近目标时,准确关联目标点迹,提高目标精度。     

一种通用OLAP系统的研究与设计

OLAP（联机分析处理）是一种新的多维数据分析处理技术.本文提出了一种具有通用性和可扩展性的OLAP系统.该系统能够有效地处理多种数据源,如数据仓库、关系数据库、多维数据库等,并根据用户需求建立多种数据存储模式,对用户屏蔽了数据模式的细节,界面友好.     

一种报告处理系统的分析与设计

报告处理系统是一个对问题反映、问题处理、结果反馈进行综合管理跟踪的一个信息管理系统。在此系统中,主要完成问题的产生、处理、修订、反馈以及法规、案例标定等一系列控制步骤的协调,并合理地对问题的控制过程进行表示,同时完成管理文件和管理体系的描述。最后以某学校的报告处理系统为例描述其设计过程。     

一种预测性连续时空区域查询处理方法

预测性连续时空区域查询在用户指定的时间范围期间持续地返回给定未来查询时间范围期间将出现在查询区域的移动对象。论文提出了一种预测性连续时空区域查询处理方法,设计了支持连续查询处理的两种索引结构。移动对象索引用于记录移动对象不断更新的位置信息,它用于支持查询的首次处理。连续查询索引结构用于记录所有查询结果可能受到移动对象位置变化影响的连续查询,它用于支持连续查询处理。实验表明,论文提出的方法能够有效地提高处理大量连续查询的效率。     

基于GPU粒子系统的大规模雨雪场景实时模拟

基于粒子系统的雨雪模拟大幅提高了三维场景的真实感,但传统的基于中央处理(CPU)的粒子系统的渲染效率难以达到在大规模场景中进行雨雪渲染的要求.为此,提出了一种基于GPU的粒子系统来渲染雨雪场景的算法.该算法在视点前的一个固定区域内产生和绘制粒子,在顶点着色器中进行粒子属性的更新,在几何着色器中将粒子从点扩展为矩形,并对每一帧中的粒子的属性进行缓存处理,保证了粒子属性更新的连续性.此外,采用多幅雪花纹理与粒子随机组合,使雪花效果符合多样性和随机性.实验结果表明,该算法能在大规模场景中进行雨雪效果的实时渲染,并有较高的真实感.     

复杂边界模拟中初始条件的实现方法

提出一种新颖的生成初始粒子信息方法,介绍了从图像直接生成初始粒子分布的过程,利用Matlab和C 程序实现了复杂几何形状区域上初始粒子的生成,为粒子方法模拟复杂边界的多相流体系及流动、传递和反应相耦合的过程提供了有效支持。通过模拟肺呼吸的粒子初始化的实验表明,利用该方法能方便、准确地生成复杂的二维几何边界的初始粒子分布。     

基于OSG粒子系统的雪景模拟

为了模拟真实降雪场景,建立逼真的雪景仿真系统,提出了一种基于OSG (open scene graph)粒子系统的仿真模拟技术,建立以雪粒子受力情况分析为核心的自定义雪粒子模型.该模型分析了雪粒子的具体受力情况,随机确定雪粒子的各初始属性,并在每帧中动态的赋予雪粒子不同的风力值以模拟真实降雪场景中的风力情况,解决了传统模型中雪粒子受力不够真实的情况.实验结果表明,自定义雪粒子模型能够更加真实的模拟降雪场景,具有逼真的仿真效果.     

大规模并行粒子模拟系统代码级优化研究与实现

粒子方法作为一种直观而且普适的模拟方法,在化工、材料、生物等领域应用愈加深入,其对计算机软硬件的要求亦越来越高,在原有的硬件设施上如何才能经济高效的实现性能的大幅度提升,成为目前粒子模拟研究人员所关注的问题之一.本文通过在多相复杂系统国家重点实验室高性能计算集群上进行大量的测试工作与分析,利用了多项技术,包括OpenMP、SSE等对大规模并行粒子模拟系统模拟程序代码层面进行优化,并对系统的未来进一步优化提出建议.     

基于粒子系统的流体交互应用*

为模拟水流的真实交互行为,采用基于光滑粒子流体动力学方法的粒子系统进行水流的物理仿真。给出利用八叉树建立有序树并进行最近相邻粒子搜索的方法,采用两种虚粒子结合的方法处理边界条件。在三维虚拟场景中模拟了水流与障碍物交互的过程,证明了该方法的实时性和可行性。     

空间应用仿真支持平台的研究与实现

为了直观、有效的对空间任务的实体、非实体对象进行实时虚拟仿真可视化展示,将虚拟现实技术应用到航天领域,建立了空间应用仿真支持平台.该平台研究并尝试应用ICE中间件通信技术在异构三维仿真系统环境中实现高效的数据传输;在功能上,利用仿真数据为驱动,实现多种空间任务的实时仿真从而为空间任务的技术和成本进行可行性论证及立项论证的分析和评估.实验验证了该平台的实际应用价值.     

教学决策支持系统中数据预处理的方法研究

数据预处理是为教学决策支持系统提供高质量数据的关键.教学决策的复杂性和不确定性以及教学数据的特殊性是制约教学数据预处理的主要问题.通过对教学数据预处理中的问题进行全面分析,设计了基于元数据的教学数据预处理方法.该方法主要包括数据的提取、集成和规约,不仅针对教学数据的特点改进了数据质量,而且根据教学活动中的主题对面向应用的教学数据进行了重新整合,从而适应不同教学决策任务的数据需求.     

基于GPU粒子系统的大规模场景高效雨雪实时模拟

粒子系统实现的雨雪效果能有效增强三维场景的真实感,传统基于中央处理器（CPU）运算模拟的粒子系统占用了大量CPU运算时间,难以达到实时模拟的要求。为此提出了一种基于图形处理器的（GPU）运算的粒子系统来模拟的雨雪场景。该方法通过在GPU中重复使用消亡粒子在视点坐标系内生成新粒子,并在几何着色器中将粒子的点坐标转换为矩形坐标,将CPU从复杂庞大的几何运算中解放出来,从而大幅增加了场景绘制的微粒数,使雨雪场景模拟的实时性和逼真度得到增强。     

A novel method for modeling of complex wall geometries in smoothed particle hydrodynamics

Smoothed particle hydrodynamics (SPH) has become increasingly important during recent decades. Its meshless nature, inherent representation of convective transport and ability to simulate free surface flows make SPH particularly promising with regard to simulations of industrial mixing devices for high-viscous fluids, which often have complex rotating geometries and partially filled regions (e.g., twin-screw extruders). However, incorporating the required geometries remains a challenge in SPH since the most obvious and most common ways to model solid walls are based on particles (i.e., boundary particles and ghost particles), which leads to complications with arbitrarily-curved wall surfaces. To overcome this problem, we developed a systematic method for determining an adequate interaction between SPH particles and a continuous wall surface based on the underlying SPH equations. We tested our new approach by using the open-source particle simulator “LIGGGHTS” and comparing the velocity profiles to analytical solutions and SPH simulations with boundary particles. Finally, we followed the evolution of a tracer in a twin-cam mixer during the rotation, which was experimentally and numerically studied by several other authors, and ascertained good agreement with our results. This supports the validity of our newly-developed wall interaction method, which constitutes a step forward in SPH simulations of complex geometries.