摘要：随着结构拓扑优化理论的成熟及其在工程中的广泛应用,大多数商用CAE软件都相继开发了结构拓扑优化模块。为了开发一款既能满足工程方面的实用性需求,又能满足科研方面的开放性需求的拓扑优化系统。基于具有良好开放性和灵活扩展性的SiPESC平台,采用面向对象的软件设计思想,提出了软件设计方案,基于C++语言和插件技术实现了新一代拓扑优化系统***。目前该软件系统已经实现了结构最大刚度设计、结构基频最大化设计、结构最优散热设计等功能,并成功应用于多个工程问题。

摘要：为了提高基于网格模型的算法与应用的效率和稳定性,提出一种将任意多边形网格模型转化为正则三角网格模型的算法.首先对输入多边形网格模型中非三角形的面片进行三角剖分,然后查找并移除模型中的重合或重叠元素,再通过模型内部三角形求交对模型进行边和面的分割,从而修正模型的拓扑结构;在求交的过程中,根据边和三角形的位置关系对共面求交进行细致的分类处理,减少了求交次数,提高了算法的稳定性;最后循环搜索在网格模型中可以确定法向的种子三角形,通过拓扑结构调整与之相邻的三角形的法向,最终构成一个或多个法向确定的闭合曲面.实验结果表明,该算法能够将多边形网格转化为正则三角形网格模型.

摘要：体绘制是颜色混合的过程,用户很难通过直接编辑颜色传输函数来得到期望的颜色混合效果.为了能更直观地为体绘制图像设置颜色,提出一种基于样例图像的颜色传输函数设计方法.首先使用颜色迁移方法,基于样例图像对初始体绘制图像进行颜色迁移,使得迁移后的体绘制图像与样例图像有类似的着色风格;然后还原体绘制的颜色混合过程,使用最优化的框架将迁移后的体绘制图像反推到三维建立颜色传输函数,在该颜色传输函数下的绘制结果与样例图像尽可能保持一致,样例图像可以是任意符合用户期望颜色效果的图像.与传统的传输函数设计方法相比,文中方法利用了已有图像资源和人类对图像的感知能力,更简单直观,易于使用,且该方法是有效的.

摘要：基于开放式工程与科学计算软件平台SiPESC设计实现了流固耦合分析流场载荷映射软件架构。软件的核心问题是解决计算流体力学(CFD)网格模型与计算结构力学(CSD)网格模型交互界面网格不匹配情况下的流-固载荷映射问题。软件采用插值方法将流场分析得到的物面载荷转换为结构分析的载荷边界条件。软件基于SiPESC平台的微核心+插件的开放式可扩展软件框架进行设计,依托***工程数据库管理系统实现大规模数据管理。设计实现的软件框架提供了算法的灵活扩展接口与管理机制,可动态扩展新的插值算法,满足流固耦合分析需要的数据管理与数据转换需求。在该软件框架下,已实现了多种插值算法,并完成验证算例与工程算例的载荷数据转换。算例表明软件功能具备良好的工程适用性,为进一步开发与应用奠定基础。

摘要：基于面向服务的开放软件平台SiPESC,针对试验设计和代理模型共性特征,采用面向服务插件编程的设计方法和软件设计模式,研发了试验设计和代理模型通用算法构架。构架的核心思想是将算法、数据模型和任务管理相分离,形成独立的服务,从而实现算法通用性。整个构架中,试验设计和代理模型分别由五个基本服务构成。重点阐述基本插件所代理功能的抽象过程和通用接口的设计思想,给出算法构架的使用步骤及扩展方式。利用该构架试验设计开发了均匀试验设计、正交试验设计、析因试验设计及中心复合试验设计;代理模型实现了响应面模型、径向基函数模型及Kriging模型,并对部分算法进行数值验证。研究工作表明,算法构架适用于通用试验设计和代理模型算法,可方便进行动态扩展,具备良好的开放性和重用性。

摘要：为了增强传递函数的特征区分能力并简化交互模式,提出一种基于二维直方图图像分割和特征度量差异性分析的渐进式体绘制传递函数设计方法.通过渐进式地用不同的特征组成传递函数对目标区域进行逐步求精地分离,并在每次分离时采用面向数据分类的特征空间度量差异性的评估方法智能指导二维传递函数数值特征的选取.使用这一系列二维传递函数对目标区域进行多次分离,得到目标区域精确的分离结果;再利用此结果突出目标区域的显示,增强可视化效果.由于该方法借鉴了前人建立在对二维直方图图像进行normalized cut分割和层次聚类的交互方式,使得二维直方图的交互也非常简单便捷.实验结果表明,文中方法是有效的.

摘要：针对有限元计算规模日益增大,应用领域不断扩展的设计需求,设计并实现了具有开放性的通用可视化系统,目标是面向百万/千万节点以上的超大规模有限元的计算可视化。在软件框架设计方面,引入流式体系结构,该体系结构具有高效计算和高效通信特性,满足大规模数据处理需求。在软件实现方面,采用工厂方法设计模式和插件技术,提高了系统的可扩展性和灵活性。设计并实现了有限元模型、渲染器和过滤器等模块。在大规模数据可视化方面,提出模型数据、结果数据的设计方案和管理机制,并采用VBO和分批载入技术,实现了超大规模模型的实时显示功能。通过多个模型实例展示了该系统的可行性与优越性。

摘要：实现了千万节点规模的有限元模型高效率可视化系统,提出了相关算法、数据结构、关键技术与软件设计方案.研发工作通过分析三维有限元模型特点,在***通用有限元模型可视化系统基础上,提出了基于拓扑结构的内部单元剔除技术与精化数据结构,并基于VBO快速显示技术,实现了千万节点规模有限元模型流畅显示.通过与多个大型商业有限元软件系统对比,展示了该系统在可视化效率及大规模问题适用性方面的优越性.

摘要：针对代理模型优化技术在结构耐撞性优化中的应用问题,开展了径向基函数和响应面的预测精度检测和适用性研究,并针对径向基函数中散布常数取值机制不明确的问题进行数值分析,提出基于优化计算的选取策略。具体实施为,先使用遗传算法(Genetic algorithm,GA)直接进行搜寻优化,得到的结果可认为是最优结果,并作为代理模型优化方法的参照;通过实例证实代理模型精度检测的必要性,并检验均匀试验设计、中心复合试验设计、析因试验设计在碰撞问题中的适用性;在构造径向基函数时将散布常数设为变量,再以几个随机样点处的数值结果为目标进行模型修正,得到修正的散布常数,代入构造的径向基函数中。结果表明该方案得到的散布常数能够使得径向基函数更好地表征结构耐撞性问题。

摘要：近年来,随着科学数据的快速增长,海量时变数据的分析成为了亟待科学家解决的难题.作为科学可视化领域的一类基本方法,体绘制与特征追踪能够很好地辅助科学家理解数据.文中针对科学数据大规模、时变、异构的特点,从大规模数据的实时体绘制,以及时变、异构数据的特征追踪两个方面对现有的研究工作进行了梳理,分别从不同的角度对相关的方法进行了分类和汇总.最后,对科学可视化领域未来的研究方向进行了展望.