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三维散乱点云模型的快速曲面重建算法

计算机辅助设计与图形学学报 2018年第2期30卷 235-243页

作者：张娟侯进吴婷婷钟李涛龚随唐源皓西南交通大学信息科学与技术学院成都611756

针对离散点云数据快速重构曲面的问题,提出一种基于紧支径向基函数(CSRBF)的2层隐式函数插值算法.首先在插值前设定一个中心减少阈值,以减少CSRBF的中心点,简化基于CSRBF的线性系统;然后在粗层上通过插值对点云模型进行逼近;再在细层上... 详细信息

针对离散点云数据快速重构曲面的问题,提出一种基于紧支径向基函数(CSRBF)的2层隐式函数插值算法.首先在插值前设定一个中心减少阈值,以减少CSRBF的中心点,简化基于CSRBF的线性系统;然后在粗层上通过插值对点云模型进行逼近;再在细层上拟合曲面并对粗、细层曲面求和;最后引入一个正则化参数,将由CSRBF组成的矩阵正则化,处理携带噪声的三维点云模型.实验结果表明,该算法不仅能够简捷地处理含有噪声的三维点云数据,而且能够实现曲面快速重构,最终得到逼真、平滑的曲面模型.

关键词：曲面重建紧支径向基函数中心减少阈值正则化点云模型

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连续体结构的参数化水平集统一优化

计算机辅助设计与图形学学报 2012年第4期24卷 528-533页

作者：王书亭杨勇吴义忠张卫国华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心武汉430074

针对传统分步式结构优化设计的不足,提出一种同时进行结构拓扑、形状和尺寸统一优化的设计方法.首先采用水平集函数描述统一的结构优化模型和几何尺寸边界,通过引入紧支径向插值基函数将结构拓扑优化变量、形状优化变量和尺寸优化变量... 详细信息

针对传统分步式结构优化设计的不足,提出一种同时进行结构拓扑、形状和尺寸统一优化的设计方法.首先采用水平集函数描述统一的结构优化模型和几何尺寸边界,通过引入紧支径向插值基函数将结构拓扑优化变量、形状优化变量和尺寸优化变量变换为基函数的扩展系数;然后取该扩展系数为设计变量,借助一种参数的变化表达3种优化要素对结构性能的影响,将复杂的多变量优化问题变换为相对简单的参数优化问题,有利于与相对成熟的优化算法相结合提高求解效率;进一步用R函数将其融合为一个整体,构造出统一优化模型,并用最优化准则法进行求解.最后通过数值案例证明了该方法的有效性和精确性.

关键词：拓扑优化形状优化尺寸优化统一优化水平集法紧支径向基函数最优化准则法

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叶轮行波振动下的气动阻尼计算

推进技术 2018年第7期39卷 1504-1514页

作者：肖军杨启超王乐合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点实验室安徽合肥230031

为展开运动边界下离心叶轮流场的数值分析,独立开发了网格变形程序和非定常流动模拟程序,实现了流场中振动离心叶轮的气动阻尼计算。采用紧支径向基函数法进行结构到气动表面变形的数据传递,应用二叉树技术进行壁面距离的计算,大幅提高... 详细信息

为展开运动边界下离心叶轮流场的数值分析,独立开发了网格变形程序和非定常流动模拟程序,实现了流场中振动离心叶轮的气动阻尼计算。采用紧支径向基函数法进行结构到气动表面变形的数据传递,应用二叉树技术进行壁面距离的计算,大幅提高了网格变形和流场分析中距离搜索的计算效率。通过振动叶栅和径向叶轮的算例,验证了程序应用于运动边界流场计算和叶轮流场模拟的正确性。以半开式叶轮为对象,展开其在行波振动条件下气动阻尼的计算分析。结果表明,叶轮在前、后行波振动下的气动阻尼均为正,后行波振动引起的气动推力和气动阻尼较大,叶轮表面的平均气动功率密度呈现循环对称的分布特征。

关键词：离心叶轮网格变形气动阻尼行波振动紧支径向基函数二叉树

基于分区加速和总体共轭梯度法的耦合界面数据传递问题研究

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计算力学学报 2015年第2期32卷 280-286页

作者：王计真陈海波陈红永中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为与设计重点实验室合肥230027

对于耦合动力学问题的分析过程,在界面上需频繁进行数据交换。为此,基于紧支径向基函数和多项式基函数推导了界面数据传递的插值算法,给出了传递矩阵的具体形式。通过分析时间复杂度,找出该算法在大节点量时效率不高的原因在于径向基矩... 详细信息

对于耦合动力学问题的分析过程,在界面上需频繁进行数据交换。为此,基于紧支径向基函数和多项式基函数推导了界面数据传递的插值算法,给出了传递矩阵的具体形式。通过分析时间复杂度,找出该算法在大节点量时效率不高的原因在于径向基矩阵的构造和传递矩阵的计算。为加快径向基矩阵的构造速度,提出分区加速处理以提高相关节点的搜索效率;为避免传递矩阵求解过程中的求逆运算,将其转化为多右端项的大型稀疏对称线性方程组问题,引入多右端项的总体共轭梯度迭代方法求解,并讨论了初始估计矩阵的选取方法。数值算例结果表明,结合使用分区加速原理和总体共轭梯度迭代方法,可在不损失插值精度的前提下显著提高求解效率。

关键词：数据传递耦合动力学紧支径向基函数分区加速总体共轭梯度迭代方法

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一种基于水平集函数的尺寸优化方法及应用

中国机械工程 2011年第20期22卷 2437-2442页

作者：王书亭陈振兴杨勇张卫国华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心武汉430074

针对构建结构拓扑、形状、尺寸的统一优化模型的需求,采用水平集函数描述结构尺寸要素的方法,建立了基于水平集法的结构尺寸优化模型。该方法采用水平集函数描述规则孔洞的几何尺寸信息,并通过引入紧支径向基函数进行插值,将尺寸变量转... 详细信息

针对构建结构拓扑、形状、尺寸的统一优化模型的需求,采用水平集函数描述结构尺寸要素的方法,建立了基于水平集法的结构尺寸优化模型。该方法采用水平集函数描述规则孔洞的几何尺寸信息,并通过引入紧支径向基函数进行插值,将尺寸变量转化为基函数的扩展系数。将基于水平集法的尺寸优化方法与基于水平集法的拓扑形状优化方法融合,构建了结构统一优化模型,实现了结构尺寸、拓扑和形状的综合优化。

关键词：几何尺寸表达尺寸优化拓扑形状优化综合优化水平集法紧支径向基函数

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基于方向场和频率场的指纹图像增强改进算法

计算机工程与设计 2009年第7期30卷 1694-1696,1702页

作者：黄毅鲁周迅陆建华南京工业大学江苏南京210009

在LINHong算法的基础之上,提出了一种新型改进算法。该算法利用区域直方图规范化预处理纹理,梯度法计算方向场,采用紧支径向基函数(CSRBF)对频率场进行插值估计,增加了可恢复区域。实验结果表明,提出的算法取得了良好的增强效果,对经典L... 详细信息

在LINHong算法的基础之上,提出了一种新型改进算法。该算法利用区域直方图规范化预处理纹理,梯度法计算方向场,采用紧支径向基函数(CSRBF)对频率场进行插值估计,增加了可恢复区域。实验结果表明,提出的算法取得了良好的增强效果,对经典LINHong算法有较大改进。

关键词：自动指纹识别系统指纹图像增强区域直方图规范化紧支径向基函数

正向入射波波压力在散体斜坡内的变化机理研究

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正向入射波波压力在散体斜坡内的变化机理研究

作者：张耀屹重庆交通大学

学位级别：硕士

随着我国经济的持续增长，国家的水利水运设施建设正处于一个蓬勃发展的时期，由此产生了大量波浪与河岸、库岸、海岸边坡及建筑物相互作用的问题需要处理。全文紧密围绕正向入射波波压力在散体斜坡面和斜坡内的变化机理这个主题，分别... 详细信息

随着我国经济的持续增长，国家的水利水运设施建设正处于一个蓬勃发展的时期，由此产生了大量波浪与河岸、库岸、海岸边坡及建筑物相互作用的问题需要处理。全文紧密围绕正向入射波波压力在散体斜坡面和斜坡内的变化机理这个主题，分别介绍了波浪理论及波浪与岸坡作用的研究现状，开展了波浪对岸坡影响的室内模型试验研究工作、分析了不同波要素和试验条件对最大破波压力的影响，并进一步深入的探讨了波压力在散体斜坡内的传递规律及变化机理，得到了综合各因素影响下波压陡的变化规律。本文总结了前人关于波浪正向入射对斜坡作用的研究成果，采用堤前波高作为控制参数，消除了多次反射的影响，最大（小）堤前波高对应最大（小）波压力，其波高与波压力的对应关系非常明确。通过对正向入射波对散体斜坡作用机理的初步分析和探索性的对比试验，确定了试验的采样频率;探讨了各波要素的测定方法和计算方法;制订了较为严密的试验方案，完成了概化模型试验，通过大量的室内试验得到了数量庞大而珍贵的试验数据，对试验数据进行了直观的分析。本文在试验数据的处理和试验规律的寻找方面：首先引入了波压陡的概念，详细论证了在波浪的传播过程中，可以运用波压陡与波陡的函数关系来分析内部压力场的变化规律。通过单因素分析得出：波压力的变化与波陡、相对水深、波高和传感器埋置深度的关系，并运用数学优化方法（即最小二乘法）拟合出影响波压力变化的因素与波压力变化之间的关系曲线。还总结出波压陡与波陡变化的经验公式和波浪正向入射时散体斜坡内最大波压力衰减规律的经验公式，可供参考。本文对多参数拟合的方法进行了有益的探索，结合张量基本知识和非线性分析方法在研究中的应用，推导出了波浪对散体斜坡作用的经验公式，对比介绍了移动最小二乘法，最终找到了用紧支径向基函数研究正向入射波波压力在散体斜坡内变化的方法。简要介绍了径向基函数的定义及插值方法和MATLAB计算软件的基本知识。用MATLAB程序实现了径向基函数的数值计算，并得出了波压陡随波陡H/L、相对位置、相对粒径的变化规律，计算出了成果表格，使得以后的工程能够根据波要素和散体斜坡的性质得到相应部位的波压力，为防浪墙、防波堤等散体防波设施的设计和建设提供依据。

关键词：波浪正向入射散体斜坡紧支径向基函数正向入射波压力变化机理研究

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基于点云模型的快速曲面重建算法研究及应用

基于点云模型的快速曲面重建算法研究及应用

作者：张娟西南交通大学

学位级别：硕士

基于三维散乱点云的曲面重建技术是当下计算机学科的研究热点之一,它在许多领域都有着重要的应用,与大众的娱乐文化生活息息相关。虽然点云数据获取相对容易,但多数算法只能对简单模型实现快速且逼真的重建,对复杂的点云模型进行重建时... 详细信息

基于三维散乱点云的曲面重建技术是当下计算机学科的研究热点之一,它在许多领域都有着重要的应用,与大众的娱乐文化生活息息相关。虽然点云数据获取相对容易,但多数算法只能对简单模型实现快速且逼真的重建,对复杂的点云模型进行重建时,要么无法快速的重构,要么无法重构出逼真的模型。点云数据在获取过程中会受到外界或内部因素的干扰,导致其掺杂或多或少的噪声,相关的噪声数据处理算法都有一定的缺陷,要么不能利落地消除噪声,要么算法的时空复杂度过高。基于点云模型的隐式曲面法能够表示拓扑结构复杂的表面模型且对模型携带少量噪声的情况不太敏感,本文在传统的基于紧支径向基函数(Compactly Supported Radial Basis Function,CSRBF)表示隐式曲面方程的基础上,提出一种基于中心减少的两层隐式函数插值算法。首先在插值前设定一个中心减少阈值,以减少CSRBF的中心点,简化基于CSRBF的线性系统;然后在粗层上通过插值对点云模型进行逼近,在细层上对表面点进行曲面拟合;最后对粗、细层曲面求和得到整个重建表面,实现曲面快速重建的同时保持曲面的真实性。为了便捷、友好地处理噪声点云,本文区别于其它方法,引入一个正则化参数,将CSRBF组成的矩阵正则化,利用近似逼近代替精确插值,求得平滑、准确的隐式曲面。重构出的隐式曲面应用范围广泛,为显示其应用价值,本文将其用于布尔运算,实现曲面间的网格融合,不仅能够证明本文重建方法的正确性,而且能够提高已有模型的重用性。实验结果表明,本文方法不仅能够简捷地处理含有噪声的三维点云数据,而且能够快速地重构曲面,并得到逼真、平滑的曲面模型。重构模型可以正确地应用于布尔运算,实现曲面融合。

关键词：曲面快速重建紧支径向基函数正则化参数曲面融合点云模型

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基于改进经验模式分解的遥感图像融合

基于改进经验模式分解的遥感图像融合

作者：瞿战伟浙江工商大学

学位级别：硕士

遥感图像融合就是通过一定的算法去除两幅或者多幅遥感图像的冗余信息,同时保留源图像的互补信息,并集中在同一幅新图像的过程。随着遥感技术的飞速发展,遥感图像融合技术也具有较大的提升,融合效果也有很大的改善。为了达到更好的图像... 详细信息

遥感图像融合就是通过一定的算法去除两幅或者多幅遥感图像的冗余信息,同时保留源图像的互补信息,并集中在同一幅新图像的过程。随着遥感技术的飞速发展,遥感图像融合技术也具有较大的提升,融合效果也有很大的改善。为了达到更好的图像融合效果,本文结合IHS变换和(?) trous小波变换,提出了一种改进二维经验模式分解的遥感图像融合算法,既保留了图像的光谱信息又提高了图像纹理细节的表现能力。本文的主要研究工作和创新点如下:1、阐述了遥感图像融合算法的研究背景与意义,指出了传统图像融合算法的优缺点,重点研究了 IHS变换和(?) trous小波变换在遥感图像预处理中的应用问题。2、对经验模式分解的各个环节进行剖析研究,给出了实现步骤,并指出了经验模式分解存在的关键问题。3、针对二维经验模式分解过程中的构造图像的上下包络曲面、筛分过程的终止条件以及快速分解算法进行了改进,本文提出了一种改进经验模式分解算法,避免了处理大型线性系统的系数矩阵、求解大型线性系统方程组的困难,减少了运算量,降低了计算复杂度,更精准地结束筛分过程,提高了分解速度。4、针对遥感图像融合,本文提出了一种基于改进经验模式分解融合算法,给出了具体的融合步骤,并进行了多组遥感图像仿真实验。从定性的主观评价到定量的客观评价分析了融合图像,不仅保留了高光谱信息,还增强了图像的空间分辨率,提高了图像的清晰度以及纹理细节的表现能力,取得较好的融合效果。

关键词：遥感图像融合 IHS变换 (?) trous小波变换经验模式分解紧支径向基函数