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基于三维均值坐标和GPU加速的弹性体形变仿真被引量：1: 2014年; 针对弹性体表面三角网格模型,提出了一种基于三维均值坐标的弹性体形变仿真方法。由于表面网格模型对物体内部特征表达能力的不足,不能反映弹性体的内部结构特征。因此将弹性体的表面网格模型转化为体素模型,利用三维均值坐标原理,将原表面网格模型中的各个顶点映射到对应体素的八个顶点,生成三维均值坐标。再采用三维质点弹簧模型对体素模型进行形变计算,最后将形变映射回三角网格模型。所述方法不仅能够保留模型的表面特性,还能反映模型内部在形变过程中的物理特性,使形变过程更加真实、可靠。为了满足形变仿真应用中的实时性需求,提出了一种基于GPU的加速方法。通过在形变计算部分采用GPU并行加速,使弹性体模型的实时形变仿真成为可能。实验结果表明,所提出的形变仿真方法能较好地处理弹性体的实时形变仿真。; 赖虔葑袁志勇郭甲翔廖祥云郑棉仑; 关键词：质点弹簧模型 GPU加速

基于压力采集和FEM模型的软组织参数测量方法: 2015年; 提出基于压力采集和 FEM 模型的软组织参数测量方法，搭建基于光学运动跟踪系统和压力采集模块的软组织参数测量平台，对软组织形变过程三维重建，通过带压力传感器的 ARM 采集板获取压力值，采用 BP 神经网络对传感器进行精度校正.基于软组织形变集合构建四面体有限元模型计算软组织的初始参数弹性模量与泊松比，并提出一种参数参照模型对初始参数进行修正，通过实验验证参数的准确性.实验结果表明，用所述方法求得的软组织参数计算的软组织形变与真实测量所得软组织形变的平均相对误差为1.03%~1.60%，符合实际工程应用对软组织形变的精度要求.; 廖祥云袁志勇陈二虎郑奇; 关键词：有限元 BP 神经网络

基于粒子的流体和可形变固体双向耦合被引量：2: 2013年; 提出了一种适用于流体与可形变固体之间的双向耦合算法。所述模型的构建采用真实力学对流体、固体分别进行描述。由于网格法在表现流体运动的局限性与计算效率上的不足,因此采用SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)方法对流体、固体受到的力进行离散化处理。完全适用于粒子模型的高鲁棒性流固耦合算法并不多见,双向耦合算法相关研究更少。采用动量守恒定律提出了一种完全适用于粒子模型的双向耦合算法,通过计算流固模型之间的压力与摩擦力仿真耦合过程。所述算法的优点是不需要粒子模型的法向量信息、不需要捕捉模型的表面粒子,同时考虑了耦合时的摩擦力导致的能量损耗。实验结果表明,所提出的双向耦合算法能较好地处理流体与可形变固体之间的耦合效果。; 袁志勇郭甲翔杨成韩婕廖祥云; 关键词：弹性力学流固耦合 SPH

基于CPU-GPU混合加速的SPH流体仿真方法被引量：3: 2014年; 基于光滑粒子流体力学SPH的流体仿真是虚拟现实技术的重要研究内容,但SPH流体仿真需要大量的计算资源,采用一般计算方法难以实现流体仿真的实时性。流体仿真通常由物理计算、碰撞检测和渲染等部分组成,借助GPU并行加速粒子的物理属性计算和碰撞过程使SPH方法的实时流体仿真成为可能。为了满足流体仿真应用中的真实性和实时性需求,提出一种基于CPU-GPU混合加速的SPH流体仿真方法,流体计算部分采用GPU并行加速,流体渲染部分采用基于CPU的OpenMP加速。实验结果表明,基于CPU-GPU混合加速的SPH流体仿真方法与CPU实现相比,能显著地减少流体仿真单帧计算时间且能更快速地完成渲染任务。; 胡鹏飞袁志勇廖祥云郑奇陈二虎; 关键词：SPH 实时模拟 OPENMP

引入局部全局信息的区域自适应局域化快速活动轮廓模型被引量：17: 2016年; 针对HIFU超声图像中子宫肌瘤的分割难题,该文提出了一种准确高效的引入局部全局信息的区域自适应局域化快速活动轮廓模型.该模型引入了图像的局部全局信息形成局部全局力,并依据演化曲线上各点周围的灰度分布均匀程度动态地决定图像的局部全局信息和形状约束信息的使用范围,克服了HIFU子宫肌瘤超声图像分割中的初始化轮廓敏感性问题.该模型通过利用该灰度分布信息自适应地改变局域区域的半径大小,进而在活动轮廓曲线演化过程中动态地调整局域化区域范围,提高了分割的准确性及曲线的演化效率.最后在演化曲线上通过使用同一局部区域计算相邻像素的局域作用力,进一步提高了分割效率,最终实现了HIFU子宫肌瘤超声图像的准确高效分割.实验结果表明:该文方法克服了HIFU子宫肌瘤超声图像分割的难题,相较于最近提出的MSLCV模型,获得了更准确高效的分割结果,且平均计算效率提高了84.6%.; 廖祥云袁志勇郑奇童倩倩赖虔葑张贵安; 关键词：活动轮廓模型

电磁力反馈中磁场特性分析与线圈姿态计算被引量：13: 2016年; 电磁力反馈技术是人机交互领域的重要研究方向。电磁力反馈技术能克服机械力反馈技术的摩擦力误差、连接积累误差、操作空间有限等问题,但是线圈的空间姿态摆放对电磁力反馈交互性能影响很大。针对该问题,采用有限元法分析线圈磁场特性并提出了一种基于交互应用需求计算线圈姿态的算法。首先,分析了线圈磁场的盲区特性、线圈的姿态对电流与磁场变化关系的影响及磁场随线圈姿态变化的规律。在此基础上,采用概率云描述了交互应用需求并提出了一种针对不同交互应用需求计算线圈姿态的方法。最后通过实验验证了该线圈姿态算法能大幅提高电磁力反馈交互性能。; 朱炜煦袁志勇童倩倩; 关键词：有限元法

基于压缩感知与LS_SVM的三维组织表面重建被引量：1: 2014年; 针对在三维表面上均匀采集的少量数据点,提出一种基于压缩感知与最小二乘支持向量机(LSSVM)的三维组织表面重建方法.通过结合采用拟合与插值方法得到与待重构表面数据相同数目的数据点集,采用离散余弦变换(DCT)分别得到其三维坐标的稀疏系数,用设计的自适应观测矩阵进行观测,并选用正交匹配追踪算法作为重构算法,最后采用LS-SVM回归预测模型对压缩感知重构结果进行修正.实验结果表明:该重建方法得到的组织表面数据误差小,能保持在1mm左右,重建表面光滑,为基于虚拟现实的虚拟手术系统提供了精确的表面数据模型.; 袁志勇童倩倩喻思娇廖祥云; 关键词：压缩感知最小二乘支持向量机

虚拟手术系统中电磁力反馈建模仿真与实现被引量：2: 2014年; 在视触觉虚拟手术环境中,虚拟手术器械作用到虚拟组织上会受到反馈力。基于此背景,建立一种电磁力反馈系统模型,利用该模型模拟虚拟环境中手术器械受到的反馈力。为确保电磁力反馈模型的稳定性,对该模型运用Ansoft有限元分析软件进行仿真。通过电路设计分析和实验,采用ARM Cortex MCU为核心的嵌入式系统控制线圈中电流,得到电磁力与小磁体位置的关系和电磁力与线圈中电流的关系,将实验结果与仿真结果进行对比。实验结果表明,在虚拟手术允许误差范围内,实验结果与仿真结果具有一致性,所述电磁力反馈模型能有效模拟虚拟手术器械受到虚拟组织反馈力的过程。; 陈二虎袁志勇余泽江廖祥云朱炜煦; 关键词：虚拟手术 ARM CORTEX MCU

自适应代理粒子的非线性有限元与不可压缩流体实时耦合: 2016年; 该文提出了利用生成自适应代理粒子来实时耦合TLED非线性有限元与隐式不可压缩流体的新方法.首先,该文根据固体表面的局部高斯曲率对固体表面采样生成不同分辨率的代理粒子.其次,为了避免代理粒子和流体粒子间过早的耦合,文中设计代理粒子光滑核函数的支持域为椭球型.其次,为了防止流体粒子在固体发生形变时产生穿透现象,作者在每个时间步长内对固体表面进行重采样生成代理粒子,并自适应地改变其支持域的大小,最后,在处理边界时运用正则化方法计算边界处粒子的物理量,并利用基于统一计算设备架构的GPU并行计算方法对耦合过程进行加速.实验结果表明,该文提出的方法能在减少采样粒子、提高计算效率的同时,实现实时逼真的流固耦合效果.; 袁志勇廖祥云郭甲翔童倩倩郑棉仑; 关键词：流固耦合非线性有限元不可压缩流体 GPU加速

基于Leap Motion和Unity3D的体感游戏开发与集成被引量：6: 2015年; 随着人机交互技术的发展,体感技术是当今游戏开发领域中的一个重要研究方向。Leap Motion是带有两个摄像头和其他传感器的体感控制器,能高精度实时检测手掌、手指的位置和速度等信息,为体感游戏应用开发提供了一种有效途径。本文以Unity3D游戏引擎开发第三人称射击游戏为例,采用Leap Motion控制器对游戏中的角色进行操作控制,包括用手势控制游戏角色的行走、瞄准、射击以及摄像机镜头的全方位移动等动作控制,摆脱了传统的键盘和鼠标操作,实现了Leap Motion控制器和Unity3D游戏引擎的交互式体感游戏的开发与集成。; 袁田琛胡新荣赵俭辉; 关键词：人机交互 UNITY3D

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国家重点实验室开放基金(BUAA-VR-13KF-15)

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