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应用微表面模型进行衍射效果物理绘制

计算机辅助设计与图形学学报 2014年第1期26卷 1-9页

作者：吴付坤吴佳泽郑昌文中国科学院软件研究所天基综合信息系统重点实验室.北京100190 中国科学院大学北京100049

针对当前光子衍射效果绘制方法的真实感问题,提出应用微表面模型的衍射效果物理绘制方法.该方法融合了现有衍射绘制模型中的特点,并结合特定材质的可变菲涅尔系数来增强衍射效果;通过综合考虑微表面对光子的吸收、遮挡、再反射等交互场... 详细信息

针对当前光子衍射效果绘制方法的真实感问题,提出应用微表面模型的衍射效果物理绘制方法.该方法融合了现有衍射绘制模型中的特点,并结合特定材质的可变菲涅尔系数来增强衍射效果;通过综合考虑微表面对光子的吸收、遮挡、再反射等交互场景,扩展了高度场微表面的适用范围;引入维格纳分布函数推迟衍射效果,以进一步增强微表面模型;利用蒙特卡罗采样理论求解波动方程积分式以降低计算复杂度,辅以几何光线追踪理论,求取微表面辐射度空间分布;最终以光的波动方程为基础,构建了可应用于光线追踪器的双向反射分布函数衍射光学模型.实验结果表明,该模型能够有效地模拟波的相位与幅值信息,可绘制出较为逼真的衍射效果.

关键词：菲涅尔系数高度场微表面维格纳分布函数双向反射分布函数衍射光学模型

基于卷积神经网络-长短期记忆神经网络模型利用光学体积描记术重建动脉血压波信号

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生物化学与生物物理进展 2024年第2期51卷 447-458页

作者：吴佳泽梁昊陈明北京中医药大学中医学院北京102488 湖南中医药大学中医诊断研究所长沙410208

目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP... 详细信息

目的直接动脉血压(arterial blood pressure,ABP)连续监测是侵入式的,传统袖带式的间接血压测量法无法实现连续监测。既往利用光学体积描记术(photoplethysmography,PPG)实现了连续无创血压监测,但其为收缩压和舒张压的离散值,而非ABP波的连续值,本研究期望基于卷积神经网络-长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。方法构建CNN-LSTM混合神经网络模型,利用重症监护医学信息集(medical information mart for intensive care,MIMIC)中的PPG与ABP波同步记录信号数据,将PPG信号波经预处理降噪、归一化、滑窗分割后输入该模型,重建与之同步对应的ABP波信号。结果使用窗口长度312的CNN-LSTM神经网络时,重建ABP值与实际ABP值间误差最小,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为2.79 mmHg和4.24 mmHg,余弦相似度最大,重建ABP值与实际ABP值一致性和相关性情况良好,符合美国医疗器械促进协会(Association for the Advancement of Medical Instrumentation,AAMI)标准。结论CNN-LSTM混合神经网络可利用PPG信号波重建ABP波信号,实现连续无创血压监测。

关键词：连续无创血压监测容积脉搏波动脉血压波卷积神经网络长短期记忆神经网络混合神经网络

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应用哈密顿回路的三角网格拓扑压缩

计算机辅助设计与图形学学报 2013年第5期25卷 697-707页

作者：张洁吴佳泽郑昌文胡晓惠中国科学院软件研究所综合信息系统技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

为进一步优化三角网格的拓扑编码压缩率,提出一种高效的三角网格无损拓扑压缩算法.与已有的拓扑压缩算法对三角网的遍历顺序不同,该算法沿哈密顿回路对网格进行以面为单位的拓扑压缩,可以仅用HETS共4种操作符表示原始网格的拓扑信息,降... 详细信息

为进一步优化三角网格的拓扑编码压缩率,提出一种高效的三角网格无损拓扑压缩算法.与已有的拓扑压缩算法对三角网的遍历顺序不同,该算法沿哈密顿回路对网格进行以面为单位的拓扑压缩,可以仅用HETS共4种操作符表示原始网格的拓扑信息,降低了操作符序列的熵;此外,利用序列中各操作符的相互关系对操作符成对进行组合熵编码,缩短了操作符序列的长度.实验结果表明,较当前各类拓扑压缩算法,文中算法处理各种三角网格模型获得的压缩率有很大降低.

关键词：拓扑压缩哈密顿回路三角网格算术编码

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液体中吸收性颗粒的光捕获特性研究

液体中吸收性颗粒的光捕获特性研究

作者：吴佳泽哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

1986年,Askin发明了用聚焦的高斯光束实现微小生物粒子的捕获及操纵的单光束光镊技术,自此开启了微观操纵的大门,40多年来,光镊技术已是生物学、物理化学和凝聚态物理中不可或缺的工具。光镊技术主要为两种,一种基于梯度力与散射力,此... 详细信息

1986年,Askin发明了用聚焦的高斯光束实现微小生物粒子的捕获及操纵的单光束光镊技术,自此开启了微观操纵的大门,40多年来,光镊技术已是生物学、物理化学和凝聚态物理中不可或缺的工具。光镊技术主要为两种,一种基于梯度力与散射力,此类光镊技术能实现对高折射率粒子的操控,目前广泛应用于生物细胞、生物大分子、胶体微粒以及纳米金微粒等的研究中;另一种基于光泳力,针对介质中吸光性粒子进行捕获,在医学、药理学、大气科学及行星运动中有着广泛的应用前景。目前针对吸收性粒子的光镊技术多为实现粒子于空气中的捕获及输运,而在液体中操控吸收性粒子的研究依然停留在二维层面。液体中操控强吸收性粒子的主要困难在于,粒子被光照明的一侧会吸收更多的能量从而诱发正向光泳力,将粒子推离光源,无法实现稳定捕获。针对液体中吸收性粒子捕获的研究现状,本文提出基于光泳力的针对液体中吸光性粒子的光学捕获技术。理论上,对粒子受力进行了分析,详细推导并求解FΔα型光泳力大小的数量级,实验上,通过设计一套双路实时监测光镊系统,实现液体中吸收性粒子的三维捕获以及轴向微位移,并对粒子荧光温度场进行了拍摄以及数据处理。本文对吸收性粒子的三维捕获以及轴向位置操控提供了一种非接触、高精度的控制方法,为研究液体介质中吸收粒子的独特特性提供了可能性。主要做了以下研究:1、常规的基于辐射压与梯度力的光镊技术并不适用于强吸收性粒子的捕获,本文提出了针对强吸收性粒子捕获的光泳力光镊技术方案,并进行了理论公式的推导。之后基于Thorlabs笼式光学组件设计并搭建了一套空间光光镊系统,利用该系统实现了液体环境中单一吸收性粒子的捕获及三维操控。通过改变光功率的大小,实现了粒子沿光束传播方向的位移操控,操控精度可达纳米量级。2、设计并搭建出侧视-仰视双视场实时观测系统,实现了对所捕获的吸收性粒子于侧方以及下方视角的同时观测。完善了侧视荧光激发模块的设计,实现了对液体环境中所捕获吸收性粒子的荧光温度数据的记录。3、为了探究不同聚焦程度的光场对吸收性粒子的捕获效果影响,借助三维建模及3D打印技术,对光镊系统中的捕获物镜进行更换,实现了粒子轴向位移距离的展宽,并探究了光功率、轴向位移量以及光阱刚度三者间的关系。

关键词：光镊光学捕获光泳吸收性粒子

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JH采油厂集输系统降本增效优化研究

JH采油厂集输系统降本增效优化研究

作者：吴佳泽中国石油大学(北京)

学位级别：硕士

JH采油厂地面集输系统配套设施已有三十余年,随着开发的不断深入,设备、设施老旧、效率低下、规模不匹配、安全环保风险增加等问题逐渐凸显出来。集输系统存在部分布局不合理、集输能耗高、管线老旧腐蚀穿孔等问题。油井至计量站目前主... 详细信息

JH采油厂地面集输系统配套设施已有三十余年,随着开发的不断深入,设备、设施老旧、效率低下、规模不匹配、安全环保风险增加等问题逐渐凸显出来。集输系统存在部分布局不合理、集输能耗高、管线老旧腐蚀穿孔等问题。油井至计量站目前主要还采用放射状管网,管道长度大,维护费用高。目前油田约400口油井采用了掺水生产,约占总井数的28%,年掺水量达128×10m,不仅需要掺入的水量较大,而且能耗也比较高,因此掺水集输系统还存在较大的优化可能性。随着油井采出液液量的提高,含水率和温度的变化会导致乳状液粘度的变化,目前尚未明确粘度的变化规律。本文以27#计量站和28#计量站为研究对象,针对放射状管网布局问题,首先对油井进行分组,再利用最小生成树算法编程对其进行树状管网拓扑优化,得到新的管网布局。利用PIPEPAHSE软件对新的管网布局进行建模,结合油井回压和管网投资确定最终的管网布局方案,27#计量站优化后的方案管长较原方案节省66%,新建管网综合造价为18.9万元;28#计量站优化后的方案管长较原方案节省57%,新建管网综合造价为8.5万元。针对掺水集输系统能耗高的问题,本文首先对稠油粘度变化规律进行分析,结合已有的实验数据,分析稠油粘度受温度和含水率的影响程度,确定了原油乳状液粘度预测模型和关系式,为之后掺水优化分析奠定理论基础。利用PIPEPHASE软件进行管网建模,初步优化掺水生产,对于井口回压较小的油井,尝试取消掺水生产,对于剩下的掺水井,分析掺水参数变化(掺水量和掺水温度)对其掺水能耗的影响,为节能降耗提供优化思路。以粘度预测模型公式为计算基础,以能耗最小为目标函数建立数学模型,结合遗传算法确定出最佳掺水量和掺水温度分别是999kg/h和51℃,定量分析掺水量和掺水温度对集输能耗的影响,优化之后的冬季掺水热能能耗为33.5k W,热能损耗降低42.1%,动能损耗降低6.5%,冬季运行总费用为3.831万元,总费用降低68.7%,达到了降本增效的目的,可以为现场工程生产提供理论指导。

关键词：管网布局粘度预测模型掺水系统优化算法

乡村旅游背景下西南山地乡村居住空间形态演化特征及营建策略研究

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乡村旅游背景下西南山地乡村居住空间形态演化特征及营建策略研究

作者：吴佳泽重庆大学

学位级别：硕士

近年来,乡村旅游持续发展,推动乡村经济、社会以及人居空间转型。在我国当前全面推进乡村振兴战略背景下,乡村旅游驱动力作用于乡村居住空间而发生演化,其演化规律研究逐渐受到学术界的广泛关注。地理学、社会学、旅游学的研究比较注重... 详细信息

近年来,乡村旅游持续发展,推动乡村经济、社会以及人居空间转型。在我国当前全面推进乡村振兴战略背景下,乡村旅游驱动力作用于乡村居住空间而发生演化,其演化规律研究逐渐受到学术界的广泛关注。地理学、社会学、旅游学的研究比较注重宏观规律的把握,但研究尺度较大,且无法聚焦到乡村个体,城乡规划学、建筑学以空间形态学视角,对旅游影响下乡村居住空间的动态演化研究补充了该领域中微观视角的研究。针对此,本文以“乡村旅游背景下西南山地乡村居住空间形态演化特征及营建策略研究”为题,通过对乡村居住空间形态在旅游发展过程中演化特征研究,总结其演化规律,通过演化规律及背后影响因素的研究,针对性提出在乡村旅游发展背景下西南山地乡村居住空间营建策略,本文采用数理分析与实地调研归纳结合的方法展开研究。本文首先概述乡村旅游对西南山地乡村居住空间的影响,对西南地区乡村旅游资源类型及空间分布特征进行研究,进而探讨在旅游资源影响下西南山地乡村空间所出现的分化类型,提出景村融合型、景区边缘型、景村分离型三种乡村类型,并通过西南山地乡村居住空间肌理形态及居住空间单元形态两个层次阐述空间演化特征。为厘清不同类型乡村居住空间形态之间不同的演化特征,本文根据全国乡村旅游重点村名录选取的十一个典型西南山地乡村为研究案例,根据前文划分的三种乡村类型进行分类,分别从乡村居住空间肌理形态和居住空间单元形态两个层次运用定性及定量相结合的方式展开研究。对肌理形态的研究从肌理的空间细部形态、形态指向性、形态秩序性、基底形态及数量演化四个方面分别进行演化特征描述,分别采用图底关系对比、边界最小外接矩形长宽比λ、边界形状指数S、分形维数D、数量统计方法进行研究。居住空间单元形态研究从平面空间及功能、立面材质以及建筑形体演化三个方面展开,采用调研资料归纳总结、模型构建等方法进行研究。研究发现在肌理形态演化层面,景村融合型乡村居住空间肌理形态演化趋向于复杂形态;景区边缘型乡村居住空间肌理形态趋向于规整团状几何形态;景村分离型乡村居住空间肌理形态趋于规整带状几何形态。在居住空间单元形态演化层面,景村融合型乡村居住空间单元形态演化以“原型保护”为主,景区边缘型乡村居住空间单元形态演化以“简易提升”为主,景村分离型乡村居住空间单元形态演化以“整体改造”为主。在此基础上,对西南山地乡村居住空间形态演化规律进行总结,发现居住空间演化过程中自然地理约束作用、经济社会推动作用、政策文化引导作用,针对性提出西南山地乡村居住空间地形适应、功能复合、分类实施三种营建原则,对乡村居住空间道路交通流线规划、选址布局、居住空间功能、庭院及风貌分别提出相应的营建策略。本文从建筑学中微观视角研究乡村旅游背景下西南山地乡村居住空间形态演化特征,对不同类型乡村在旅游发展过程中形态演化差异性进行总结,使得乡村旅游背景下西南山地乡村居住空间形态演化的研究更加深入。同时对乡村居住空间形态研究方法定性及定量方法进行深化,使形态演化特征研究更具科学性,能够为乡村旅游背景下西南山地乡村居住空间优化营建进行指导。

关键词：乡村旅游西南山地乡村居住空间形态演化营建策略

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散景效果的真实感绘制

计算机辅助设计与图形学学报 2010年第5期22卷 746-752,761页

作者：吴佳泽郑昌文胡晓惠欧阳冠军中国科学院软件研究所综合信息系统技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100049

针对现有方法绘制的散景效果真实感较差的问题,提出一种基于几何光学理论的散景效果真实感绘制方法.该方法以光线传播的折射定律为基础,利用序列光线追踪方法对相机镜头的光学成像特性进行精确建模;对相机镜头的内部结构进行精确模拟,... 详细信息

针对现有方法绘制的散景效果真实感较差的问题,提出一种基于几何光学理论的散景效果真实感绘制方法.该方法以光线传播的折射定律为基础,利用序列光线追踪方法对相机镜头的光学成像特性进行精确建模;对相机镜头的内部结构进行精确模拟,包括孔径光阑和渐晕光阑,以绘制出由孔径形状和渐晕共同作用的散景效果;利用几何光学理论和序列光线追踪方法精确计算出出射光瞳的位置和大小,以辅助光线采样,提高光线追踪效率.绘制结果表明,利用该方法能够绘制出较为逼真的散景效果,正确模拟了孔径形状和渐晕对散景效果的影响,并具有较高的光线追踪效率.

关键词：散景相机镜头模型序列光线追踪孔径形状渐晕

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并行多维自适应采样

计算机辅助设计与图形学学报 2012年第2期24卷 236-243页

作者：刘晓丹吴佳泽郑昌文胡晓惠中国科学院软件研究所综合信息系统技术国防科技重点实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100049

针对现有自适应采样方法绘制效果差和速度慢的问题,提出一种并行的多维自适应采样方法.首先对多维空间进行粗采样,将其自适应地分割为多个子空间;然后扩展各子空间边界,根据噪声评价值分配每个子空间所需的采样点数;在各子空间上构建KD... 详细信息

针对现有自适应采样方法绘制效果差和速度慢的问题,提出一种并行的多维自适应采样方法.首先对多维空间进行粗采样,将其自适应地分割为多个子空间;然后扩展各子空间边界,根据噪声评价值分配每个子空间所需的采样点数;在各子空间上构建KD树以并行地对其进行自适应采样;最后根据各采样点间的梯度值重构图像.实验结果表明,该方法能够以更少的样本绘制高质量的景深、运动模糊和软阴影效果,并控制绘制图像时的内存消耗,支持高分辨率的真实感图像生成.

关键词：多维空间采样与重构自适应采样并行采样

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使用GPU并行加速的星表检索算法

宇航学报 2012年第5期33卷 584-589页

作者：李超张利强吴佳泽郑昌文中国科学院软件研究所综合信息系统技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院研究生院北京100049

提出一种基于GPU的恒星检索并行算法,解决大视场下星表检索在仿真应用中效率不高的问题。首先使用经纬度分区法将星表划分为星区存储,然后在可快速查询的分区星表上,提出构造球面三角形法精确求出探测视场覆盖的星区,以有效减小搜索范... 详细信息

提出一种基于GPU的恒星检索并行算法,解决大视场下星表检索在仿真应用中效率不高的问题。首先使用经纬度分区法将星表划分为星区存储,然后在可快速查询的分区星表上,提出构造球面三角形法精确求出探测视场覆盖的星区,以有效减小搜索范围。最后,采用计算统一设备架构(CUDA)计算平台,将并行的视场内恒星检索过程放入GPU下进行并行加速。实验结果表明,与面向CPU的实现相比,所提算法获得数十倍的加速比,并且在大视场、宽星等域下将检索时间控制在毫秒级别,满足了实时仿真要求。

关键词：通用处理机星表检索 CUDA 并行加速分区法