摘要：在原有的轮廓线基础上生成与之相似的辅助轮廓线,然后把各轮廓线三角化形成一层层的三角面片,最后按一定的规则把各层三角面片从外到内直接连接形成四面体,从而完成三维重构.文中算法尤其适合基于断层轮廓线的医学图象三维重构,与已有的三维重构法(如MC,MT,Delaunay四面体化)相比,具有算法简单、思路自然、易于实现的特点.

摘要：针对二阶常微分方程描述的多体动力学模型和通用积分形式的目标函数,通过引入伴随变量,系统地推导了多体系统动力学设计灵敏度分析计算公式,避免了直接微分方法中广义坐标及其各阶导数对设计参数偏微分的计算,在设计参数较多的情况下提高了计算效率。又将目标函数及其导数积分形式的计算转化为微分方程的初值问题,进一步提高了计算效率和精度。文末给出一个平面机械臂模型算例。

摘要：使用OpenGL和GLSL实现了GPU加速的柔性体实时变形算法。变形计算使用共旋线性有限元法,可以处理大尺度旋转情况。为了能够与交互式切割操作协同运作,GPU数据结构使用带激活标志的可变长线性数组。将切割过程中需要更新的单元分为"全肮脏"和"部分肮脏"两类,以此降低GPU数据的更新量。针对GPU不能完成发散操作的缺点,设计顶点相邻四面体信息数据结构和相应的切割更新算法,将力的发散操作变为聚合操作。使用四面体单元刚度矩阵高频模式过滤方法来提高稳定积分的时间步长,以此降低切割产生的退化单元对变形计算稳定性的负面影响。最后给出若干仿真测试的结果,对仿真效果和运行效率进行了分析。

摘要：基于隐式曲面的水平集表达、隐式曲面上的内蕴梯度概念和图像分割的标记函数方法,建立了隐式曲面上多相图像分割的水平集模型,并设计了相应的Split Bregman方法.首先,将分段常值与光滑平面图像两相分割的Chan-Vese模型推广到隐式曲面上图像分割的变分水平集模型,并根据图像分割的二值标记函数和凸松弛的概念将该模型转化为全局凸优化的极值问题;然后借助n-1个水平集函数划分n个区域的区域特征函数,将隐式曲面上两相图像分割变分模型推广到了多相图像分割,并利用凸优化方法将该模型的变分问题松弛为一系列凸子优化过程.通过引进辅助变量和Bregman迭代参数设计的Split Bregman方法,将每个子优化问题转化为简单的Poisson方程求解和解析的软阈值公式.数值算例结果表明,文中方法在计算效率方面要优于传统的方法.

摘要：使用多线程技术实现了任务并行化的实时手术仿真系统框架。系统由主控制、力反馈控制、变形计算和GPU控制四大主线程和若干碰撞辅助线程构成。主控制线程处理手术工具与软组织的交互操作、碰撞检测和碰撞响应。力反馈控制线程处理力反馈设备状态读入和反馈力输出。变形计算线程完成基于CPU的软组织变形计算。GPU控制线程处理三维场景图形渲染和基于GPU的软组织变形计算。碰撞辅助线程与主控制线程协同运作完成碰撞检测的并行处理。系统在数据结构和运行机制上进行了特殊设计,使得切割操作可以和GPU加速的变形计算并行运作。对若干测试场景的仿真结果表明,并行框架可以提高系统运行速度,并且运行稳定正常,无死锁现象。

摘要：为了提高柔性体变形仿真运行速度并且解决切割对变形计算稳定性的负面影响,提出了能与GPU加速的变形算法协同运作的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真方法.柔性体模型由真实四面体网格嵌入虚拟四面体网格中构成,前者用于碰撞处理和图形渲染,而后者则用于变形计算.切割算法首先分裂真实四面体网格;然后复制包含超过一块真实四面体连通碎片的虚拟四面体,每个复制品包含一块真实四面体碎片;再根据真实四面体之间的连接关系更新虚拟四面体之间的连接关系;最后更新真实四面体网格与虚拟四面体网格之间的镶嵌关系.为了确保仿真系统不被限制在NVIDIA公司的GPU上,GPU加速使用OpenCL实现.仿真测试结果表明,该方法可以在任意多次切割情况下保持变形计算稳定不发散,并且在NVIDIA公司和AMD公司的GPU上都可以正确运行.

摘要：本文对曲面上分段常值和分段光滑的两相图像分割的变分水平集模型及其对偶方法进行了研究.图像所在的曲面用静态的符号距离函数的零水平集表达,曲面上图像分割轮廓线用另一动态符号距离函数的零水平集与上述静态的零水平集的交线表达,借助内蕴梯度、内蕴散度的概念平面两相图像分割的变分水平集模型已被推广到隐式曲面上图像分割的变分模型.本文借助二值标记函数和凸松弛的概念,将该模型转化为全局凸优化的极值问题,避免了轮廓线初始化对分割结果的影响.针对隐式曲面上两相图像分割的凸优化模型,设计了相应的对偶方法.最后通过数值实验验证了本文所提方法的计算效率优于传统方法.

摘要：提出了一种隐式开曲面上多相图像分割的变分模型并设计了相应的对偶方法和Split Bregman算法。任意拓扑结构的开曲面用符号距离函数的零水平集与二值标记函数的交集表达,曲面上的多区域划分用n-1个二值标记函数划分n个区域的方案,借助内蕴梯度、内蕴散度等概念建立了隐式开曲面上多相图像分割的变分模型。在对标记函数交替优化的过程中,通过凸松弛技术将离散标记函数松弛为有界连续函数,从而将原优化问题转化为对不同标记函数的凸优化问题。通过引进对偶变量设计了对标记函数优化的对偶方法,并通过引进辅助变量和Bregman迭代参数设计了对标记函数优化的Split Bregman算法。通过多个数值实验对所提出的模型和算法的正确性及计算效率进行了验证。

摘要：为改善高速列车气动性能,建立一套高效的多目标气动优化设计方法,对流线型头型进行多目标气动优化设计。建立高速列车流线型头型三维参数化模型,并提取5个优化设计变量;为减少优化设计时间,利用最优拉丁超立方设计方法在优化设计空间中进行均匀采样,利用计算流体力学方法获得对应于各个采样点的气动载荷,利用Kriging代理模型构建优化设计变量和气动载荷之间的近似模型;利用多体系统动力学方法计算气动载荷作用下的高速列车轮重减载率;以气动阻力和轮重减载率为优化目标,利用多目标遗传算法NSGA-Ⅱ对高速列车流线型头型进行多目标优化。优化设计变量和优化目标均呈现收敛的趋势,采用Kriging近似模型优化计算的Pareto前沿与采用CFD(Computational fluid dynamics, CFD)优化计算的Pareto前沿较为接近。优化后高速列车的气动阻力最多可降低3.27%,轮重减载率最多可降低1.44%,气动阻力最优的头型与轮重减载率最优的头型的主要差异在于中部辅助控制线的变化,前者向内凹,后者则向外凸。

摘要：与其他公钥密码算法相比,椭圆曲线密码算法(Elliptic Curve Cryptography,ECC)具有抗攻击能力强、计算量小以及处理速度快等优点,已成为下一代公钥密码体制的标准.随着ECC在嵌入式领域的应用日益广泛,如何提高其执行效率成为目前研究的热点问题.文中提出了一套通用的专用指令处理器(Application Specific Instruction Processor,ASIP)的设计验证方案,并将该方案应用于ECC,从而大幅提升其在硬件资源受限的嵌入式环境中的执行效率.首先借鉴并实现了OpenSSL公开的ECC软件优化方案,并结合处理器平台的特点对大整数乘法运算和多项式平方运算进行了进一步优化.其次对优化后的算法进行基本指令块(Basic Instruction Block,BIB)的划分并转化为数据流图(Data Flow Graph,DFG),在DFG图中依照专用指令设计规则引入近似最优解方法查找可优化指令块.对该类指令块设计相应的专用指令,以实现处理器原有基础指令集架构的扩展.再次基于电子系统级(Electronic System Level,ESL)设计方法依次设计并仿真验证ECC_ASIP的系统级模型和Verilog寄存器传输级(Register Transfer Level,RTL)模型.最后将验证通过的RTL级处理器模型进行综合、布局布线,转换成相对应的门级电路并统计模型使用的硬件资源信息,烧写到FPGA(Field-Programmable Gate Array)平台完成ECC_ASIP的移植操作和性能验证.与ARM11处理器平台下算法实现的性能表现进行对比,实验结果显示,ECC_ASIP牺牲了9.23x%的硬件扩展资源,将算法实现的运算速度提高了2.74x倍,指令代码存储空间减少了59.36x%.