数学建模拟合方法篇1
车辆模拟器具有工况设置方便、试验重复性好、安全性高等优点,在驾驶培训、车辆新产品的研究和开发、人—车—环境试验中有着重要作用,良好的车辆运动模拟技术是车辆模拟器质量的保障。本文以“车辆人—机—环境模拟器”项目为依托,围绕车辆模拟器运动模拟技术中三维虚拟道路建模、车辆动力学建模与仿真、动感模拟算法等展开研究。提出了随机激励路面轮廓三维高程数据生成方法;对Vortex车辆动力学建模特别是车辆悬架参数的设置进行阐述,并给出了车辆动力学仿真的实例;提出了基于六自由度平台杆长的模糊自适应动感模拟算法,最后建立了车辆动力学、动感模拟算法与六自由度平台虚拟样机组成的车辆模拟器开发综合仿真平台。论文阐述了项目中车辆模拟器的组成及工作原理,阐述了模拟器运动感觉模拟的机制,对模拟器运动系统做了详细的介绍,为车辆模拟器运动模拟技术奠定基础。
给出了车辆模拟器三维虚拟道路建模所需的路面轮廓数据和路形数据建模和生成方法,为车辆动力学仿真提供路面激励数据。利用路面不平度二维功率谱密度的表达式,通过二维傅里叶逆变换法得到了路面轮廓不平度三维路面高程数据生成方法,生成的高程数据的功率谱特性和各向同性特性均优于已有方法。推导了路面轮廓中包含的随机瞬态成分的空间位移特征与路面等级的关系,提出了三维空间内随机瞬态成分生成方法。根据道路路形特征给出了三维空间曲线道路建模方法,并采用线切割方法将道路与地形进行了融合。
阐述了Vortex车辆动力学建模的方法和流程,针对Vortex车辆动力学参数化建模的特点,设置不同的悬架参数,进行车辆行驶平顺性和稳定性仿真,然后进行结果分析对比。对不同路面类型以及各种车辆运动的典型工况进行了动力学仿真,为动感模拟算法的设计和优化提供数据支持。针对经典动感模拟算法参数不能在线实时调整而导致平台空间利用率低的问题,在经典动感模拟算法和基于平台单自由度约束的模糊自适应动感模拟算法的基础上,提出了基于平台杆长约束的模糊自适应动感模拟算法。
首先解决了动感模拟算法中输入信号预处理、倾斜角速度限制环节处理以及自由度解耦等几个问题,然后提出了模糊自适应算法的原理与模糊自适应规则,并对几种动感模拟算法进行了仿真分析对比,结果显示基于平台杆长约束的模糊自适应动感模拟算法具有参数调节简单意义明确、调节作用平滑无冲击、不需要考虑多自由度之间耦合作用的优点,能充分利用平台的运动空间而提高动感模拟逼真度。
建立了车辆动力学、动感模拟算法、六自由度平台虚拟样机的Vortex、Simulink、aDamS联合仿真系统。首先阐述了联合仿真系统的组成、原理及作用,然后建立了六自由度平台aDamS虚拟样机模型,并将其与Simulink相联接。以动感模拟运动的可视化与数据监控以及蛇形试验专用动感模拟算法为例,对联合仿真系统的应用进行了举例说明。
数学建模拟合方法篇2
关键字：烟气场模拟大涡模拟FDS
1、引言
近年来，全球的火灾科学家开发了许多计算机模拟模型，用以进行火焰烟气运动的研究与控制。根据火灾场景模拟对象的不同，将计算机模拟方式分为五种：场模拟、区域模拟、网络模拟、复合模拟及以经验公式为数学基础的专家系统。这些模型有着各自不同的实验基础和适用条件；下面将分别对这些模型进行谈论，以得到较为合适的火灾模拟方法。
2、早期火灾计算机模拟方法
计算机模拟是通过计算机建立火灾场景数学模型，真实近似地再现火灾过程，并根据具体工程问题给出解决方案的一种技术，是一种研究火灾烟气运动规律的有效方法。计算机模拟以数学物理模型为基础，具有信息代价小、模拟工况灵活、可重复性强等优点。目前采用的模型主要有以下五种：网络模型、区域模型、经验模型、场模型。
（1）网络模型是首先将建筑物内部的每一个受限空间视为一个单元体，假设每个单元体内部的状态参数均匀，火灾过程的发展则表现为构成建筑物的各单元体内部参数的变化；将其应用于整个建筑着火计算时，准确度较低，与火灾发生时的实际情况有较大差距。但网络模型可以考虑复杂格局建筑的多个房间。
（2）区域模型是将火灾房间分为上下两个区域，即上部的热烟气层和下部的冷空气层，并且假设两个区域内的参数是均匀的。这两个参数的变化率反映了两个区域之间由于对流、辐射、热传导等物理现象而导致的质量和热量交换。
（3）场模型是利用计算机求解火灾过程中状态参数的空间分布及其随时间变化的模拟方式。这种模型将空间划分为大量的、互相关联的小单元，然后在每个小单元中求解连续性方程、动量平衡方程、能量守恒方程、化学组分方程、湍流特性方程、以及气体状态方程等辅助方程来得到火灾过程中各状态参数的空间分布随时间的变化。
（4）复合模型是结合前面介绍的三种计算机模拟方法（网络模拟、区域模拟、场模拟），充分发挥其各自的优点，找到一种较合适的解决火灾烟气运动的计算机模拟方法。
（5）经验模型的主要思想是将实验研究的一些经验型模型或是将一些经过简化处理的半经验模型再加上重要的热物性数据编制成软件，以供一些从事消防事业的非研究人员使用，操作简单、速度快。
3、火灾模型的选择
计算机数值模拟具有强大的计算能力、能够准确直观的模拟火灾场景，功能也越来越完善，已经成为研究火灾的重要手段。场模型引入的简化条件较少，是目前较为精确的受限空间火灾模型。它可以较好的反映火场全貌及火灾发展过程的细节，更深刻地揭示火灾的机理与规律。鉴于火灾模拟精确性和易于实现的考虑，宜选择场模型作为计算机数值模拟的火灾模型。
大涡模拟(LeS)是在场模拟湍流研究中发展起来的一种极其具有前景的数值计算方法，现已成为国际上湍流研究中最先进的和最重要的手段之一。大涡模拟（LeS）应用于火灾烟气研究具有以下优势：
（1）大涡模拟方法的求解范围更大，适用于烟气运动的条件要求；
（2）大涡模拟方法的求解结果更精确，可以更准确地模拟火灾烟气的运动过程；
（3）大涡模拟方法还可用于流场可视化，可以通过运用大涡模拟技术与计算机技术，更形象的描述火灾烟气的运动，得到较高精确度的真实瞬态流场。
目前发行的CFD（计算流体力学）软件中不少都包含了LeS模型，如StaR-CD、pHoneCS、FLUent等，但应该指出这些LeS模型是非常简化的。随同FDS，niSt还同时了后处理软件Smokeview，它可以将FDS的计算结果图形化显示出来。应当指出FDS在模型的构建过程中较其它模型采用了尽可能少的假设，其理论基础坚实，能够描述很宽范围的火灾现象。
5、总结
综上所述，基于以上分析，采用计算机技术进行火灾烟气的数值模拟已经成为火灾科学研究的重要方面，而场模拟层次的大涡模拟技术是当前技术条件下较为适用进行火灾模拟的方法，其中由美国niSt发行的FDS软件具有较大的优势，是目前专业的消防火灾模拟软件。
参考文献
[1]nFpa92B，Guideforsmokemovementsysteminmalls，atriaandlargearea.Quincy，massnationalFireprotectionassociation，2000
[2]nFpa204，GuideforSmokeandHeatVenting，nationalFireprotectionassociation，USa，2002．
[3]tmi9，Relationshipsforsmokecontrolcalculations，theCharteredinstitutionofBuildingServicesengineers，UK，1995．
数学建模拟合方法篇3
关键词:神经网络;模拟项目;三部曲式
一、引言
我国高职院校以服务为宗旨,以就业为导向,以技能为本位,以培养新型生产技术、管理一线需要的紧缺型技能人才为目标,为推进我国加快社会主义现代化建设进程中具有不可替代的作用.而模拟项目教学是高职、中职教育的核心组成部分.在教育部明确规定:高职教育人才培养模式的重点是教学过程的实践性、项目性、职业性和进程性,而项目、挖掘、融合、进程是四个关键技术环节.最近我国高职教育蓬勃发展、竞争日趋激烈,如何提高高职教学质量、增强学校的特色竞争力已成为全国高职院校的核心科研.因此,开展高职模拟项目教学质量的评估是提高高职教学质量的有效模式,必将对高职院校提高教学质量、增强学校的特色竞争力,起到核心作用.基于高职院校模拟项目教学“模拟项目嵌入式融合、校企合作”的办学特点,从高职院校模拟项目教学质量“三部曲式”环节人手,搭建高职院校模拟项目教学质量评估指标体系,以高职院校模拟项目教学质量评估提供一种科学进程性的方法.
二、基于神经网络的高职模拟项目教学质量“三部曲式”模式
2.1神经网络原理
神经网络的全称是人工神经网络,它是在神经科学研究的基础上模仿人类大脑的结构和功能而构成的一种信息采集处理系统.神经网络由大量的神经元互相连接而成,它的信息处理通过神经元的相互作用来实现,知识与信息的存储表现为物联网技术接点互联嵌入式的物理关系.因此,它为模式识别、非线性分类等研究开辟了新的术语.
2.2基于神经网络评估原理
神经网络是一种具有三层(输入层、隐含层、输出层)或三层以上单向传播的多层前向网络结构,它的上下层之间实现全神经元连接.神经网络是利用非线性可微积分函数进行权值训练的多层网络.为了加快网络训练的收敛速度,采用变化的学习速率或自适应的学习速率对Bp算法加以改进优化.神经网络可看作是一个从输入到输出的高度非线性映射,即要求出一映射使f,使f是g的最佳逼近.神经网络通过对简单的非线性函数进行数次复合,可得出近似复杂的函数.
我将高职模拟项目教学质量评估的各指标属性值进行归一化处理后作为Bp神经网络模式的输入向量,将评估结果作为神经网络模式的输出,用足够多的样本训练这个网络,使其获取评估专家的经验、知识、主观判断及其对指标重要性的倾向,这样神经网络模式所具有的那组权系数值便是网络经过自适应学习所得到的正确知识内部表示,训练好的神经网络模式根据待评估各指标的归属值,就可得到对高职模拟项目教学质量评估的评估结果.
2.3基于高职项模拟目教学质量“三部曲式”指标体系的建设
“三部曲式”指标体系的搭建是高职院校模拟项目教学质量评估的核心内容.“三部曲式”指标体系设计的科学与否,是高职院校模拟项目教学质量评估成败的关键所在.为了突出高职院校模拟项目教学的特色,体现高职院校模拟项目教学评估的特色,作为高职院校必须从“模拟项目嵌入式融合、校企合作”的模式出发,确立模拟项目教学质量“三部曲式”指标体系如表1所示.
2.4基于高职模拟项目教学质量评估模式建立
神经网络的输入和输出层的神经元数目,是由输入和输出向量的维数确定的,输入向量的维数也是影响元素的个数,这里综合考虑影响模拟项目教学质量的各种元素,选取了能够全面反映高职院校模拟项目教学质量“三部曲式”指标体现中的29个元素,所以输入层的神经元个数为29.输出层作为模拟项目教学质量评估结果的网络输出,神经元个数确定为1,目标输出模式为(o,1)间的一个数,评估集设为(优秀、良好、合格、不合格),对应的指数区间集合={(0.85,1),(0.7,0.85),(0.5,0.7),(0,0.5)}.由于输出模式为(o,1)间的一个数,因此,输出层神经元的传递函数可选用S型对数函数了logsig型.实践证明,隐含层数目的增加可以提高神经网络的非线性映射能力,但是隐含层数目超过一定值,网络性能反而会降低.在合理的结构和恰当的权值条件下,3层Bp神经网络可以逼近任意的连续函数.因此这里采用结构相对简单的3层Bp网络.隐含层的神经元个数直接影响着网络的非线性预测性能.根据Kolmogorov定理,设定网络的隐含层神经元个数为27.
表一高职院校模拟项目教学质量“三部曲式”指标体系
三、神经网络结构与算法
神经网络对模拟项目教学质量评估系统进行辩识模拟.主要进行非线性系统的输出输入映射关系建模.其主要结构是由一个输入层,一个或多个隐含层,一个输出层组成,各层由若干个神经元(节点)构成,每一个节点的输出值由输入值、作用函数和阈值决定.(图一)
该模型由三层神经元组成:输入层、隐含层和输出层,不同层之间的神经元采用全互联方式,同一层的神经元之间不存在互相连接。输入层为经过标准化处理的各评价指标值,输出层只有一个神经元。
Bp算法对评估体系进行辨识模拟,其基本思想是最小二乘法,采用梯度搜索技术,以期使网络的实际输出值与期望输出值的误差均方值最小,网络的学习过程是误差一边向后传播一边修正加权系数的过程,故可用其对模拟教学质量评估体系进行识别.
设网络的输入向量其中X是模拟教学质量评估系统各个指标体系.由于输入样本为29维的输入向量,因此这里n=29.网络的隐含层为:;其中,{}为权系数;a()为系统的传递函数或激励函数.网络的输出层为:其中,是神经往来系统的输出变量;{}为权系数.设准则函数为:Bp算法可使性能指标最小化,为了保证系统的全局稳定性,把被辨识模拟对象的实际输出Y作为反馈信号灯,将其与神经网络辨识模拟器的输出比较,使,其中为一个很小的数,如果不满足要求,则不断调整权系数,以达到期望要求.根据反向传播计算公式,可得如下权系数学习规律.其中为学习修正率0≤1.
四、高职模拟项目教学质量“三部曲式”模式的实现
网络结构及算法确定以后,需要利用样本数据通过一定的学习规则训练,以提高网络的适应能力.由1分析此模式的实现采用Bp三层网络结构,利用软件matLaB建模型,输入层29个神经元,隐含层27个神经元,输出层1个神经元,训练步数50,目标误差为0.001,网络训练次数100次.
五、结束语
通过Bp神经网络测试结果进行分析,证明模拟项目教学质量“三部曲式”指标体系及神经网络评估模式是科学、合理的,可操作的,它克服了以往教学评估中的主观性较强的缺点.而这种模式的应用为高职院校模拟项目教学质量评估提供一种新的思路和新的评估方法.
参考文献:
数学建模拟合方法篇4
虚拟地理环境研究的作用与意义,具体包括:
以虚拟地理环境为基础,可建立虚拟地理实验室,为研究和解决区域可持续发展过程中所面临的资源开发、环境保育、大型工程建设等重大科学问题,提供一个集定性与定量两种方法为一体的、以人为核心的、人机交融的地理“研讨厅”,由此促进实验地理学的研究,推动地理科学的发展;虚拟地理环境,把现实地理环境中的地理(遥感)信息环境、以及现代网络信息世界(赛博空间)作为客观实在进行研究,从而突破了“虚拟地理环境”作为信息技术系统的狭义理解,为“虚拟地理学”的发展建立了基础;以虚拟地理环境为基础,开展遥感、遥测实验方法研究,发展遥感信息科学/遥感科学;虚拟地理环境,是以人为核心的、面向大众与网络社会的三维虚拟环境,可用于虚拟地理野外实习、地理远程教育、生态环境教育、地理游戏与娱乐等;由此,并可推动“大众地理学”以及“地理美学”的发展;虚拟地理环境的研究,可以为我国的数字信息工程(数字地域、数字城市、数字流域)建设提供理论与方法基础。
虚拟地理环境的具体研究,是结合科学计算可视化、信息可视化、遥感信息模型和虚拟现实技术,在城市、地质、煤矿、水文、海洋、林业等领域,开展地学可视化与虚拟地理环境系统的设计、开发和应用。在案例和原型系统的基础上,对虚拟地理环境、地理遥感信息科学和地理科学的理论和方法开展原创性的探索研究。
虚拟地理环境研究方向的子方向包括:
研究方向一:虚拟地理环境系统
(1)投入式虚拟地理环境系统该方向研究投入式虚拟现实用于地理景观模拟,地学数据分析,地学模型计算与模拟等的理论和方法。
具体研究内容包括:三维数据模型,实时三维图形显示和实时交互,地学模型计算算法与可视表达的融合,面向大众和面向地学专家的人机交互界面设计,虚拟环境空间认知,群体决策等。该虚拟环境可用于数字城市、虚拟旅游、地学模型计算模拟等研究和应用领域。
(2)分布式虚拟地理环境系统该方向研究基于网络的分布式虚拟地理环境系统的建立方法和应用。
具体研究内容包括:分布式三维数据模型,大数据量虚拟世界的网上实时显示和浏览,分布式多用户的共享空间和实时互操作,地学模型远程计算与地学试验,地学智能体,元胞自动机,应用程序服务器开发等。该系统可用于建设虚拟社区,支持区域可持续发展参与式规划、管理和决策,建设虚拟教育实习基地等。
(3)移动虚拟地理环境系统具体研究内容包括:移动式GiS、GpS和虚拟现实技术的集成和融合,虚拟空间和现实空间的合成理论,支持地理学野外工作与实验的方法特征等。
研究方向二:地学可视化与地学知识发现该方向结合数据挖掘技术,研究图形/图象/地图表达和图形思维用于地学知识发现的理论和方法。
具体研究内容包括:地学可视化与地学图解,地学计算,(集聚)知识表达,数据挖掘方法,多样化图形表达,面向地学问题求解的人机交互界面,多感知投入式问题求解方法,分布式群体合作研究方法,地图视觉认知,地理空间认知等。
研究方向三:虚拟地理环境与虚拟地理学该方向以网络信息空间、虚拟现实以及数字地球发展为背景,研究信息社会/知识社会下虚拟地理学的理论和方法,探索虚拟地理环境的基本规律,以及虚拟地理环境和现实地理环境的相互关系和作用特征。
数学建模拟合方法篇5
关键词：GpS高程测量转换拟合拟合模型精度应用研究
中图分类号：p623文献标识码：a文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0024-01
1GpS测量技术的优势与不足
全球定位系统（GlobalpositioningSystem），简称GpS，是美国政府于1970年开始进行研制，1994年全面建成。它可以为地球表面绝大部分地区提供准确的定位、测速和高精度的时间标准，“具有全天候作业、全球性覆盖、三维定点定速定时高精、测站间无需通、可移动定位、快速、省时、高效率等优点。”作为20世纪末最重要的技术之一，GpS测量技术已应用于国防建设、国民经济建设和社会发展等诸多领域，特别是项目工程领域，应用更为广泛。目前，GpS测量技术基本上已完全取代传统的测角、测距等测量手段，建立起了高等级控制网。但是，“由于GpS测量出来的高程是大地高，而我国采用的高程系统是正常高系统，大地高和正常高之间存在着一个高程异常值，在不同的区域，不同的地质条件，高程异常值都差异。”因此，GpS测量技术虽然能够获得高精度的大地高，但是受高程异常值的影响，经常导致转换所得的正常高的精度降低。所以，在实际测量作业中，综合运用GpS高程转换拟合方法，有效进行GpS高程拟合，得到待测点的正常高，使GpS测量技术能更广泛的应用到高程测量领域，成为当前GpS研究领域亟待解决的突出问题。
2GpS高程拟合方法及工程应用浅析
近年来，对于GpS高程测量的不便性，国内外学者也给予了普遍关注，在GpS高程转换拟合的方法上进行了深入研究，取得了丰硕的研究成果。目前，国内外进行GpS高程转换拟合的常用方法主要有以下几点。
（1）数学拟合法。数学拟合法是项目工程领域应用较为常见的方法，它包括统计模型拟合和函数模型拟合两种方法。统计模型拟合法一般没有固定的规律可以循，存在一定的随机性，常用的统计模型拟合法有权中数法和克吕金拟合法等。常用的函数模型拟合法有曲线拟合法、曲面拟合法、多面函数法、移动曲面法和回归逼近法等。
（2）重力测量法。由于地球质量分布并不均匀，地球上每个点的重力值都不一样。采用重力测量仪器，结合重力场模型，先求出地面上已知点的高程异常值，再将GpS所测得的大地高转化为正常高。此种方法，需要获取大量的重力测量数据，而且要求精度较高，在一般的项目工程较少使用。
（3）平差转换法。此方法“是在测量区选取大量既带有大地高，又带有正常高的三维控制点，利用坐标转换原理，求出wGS-84椭球面和似大地水准面之间的平移旋转、缩放参数，再利用转换公式，将未知点的大地高转换为正常高。”由于测量区已知点的密度和精度、平移旋转参数等决定了该方法的精度，所以，选择分布均匀、密度适合、精度较高的已知点成为平差转换法的关键。
（4）联合平差法。联合平差法是将测量区内所有数据，包括重力测量数据、大地高数据和水准测量等数据，采用整体平差模型进行转换，通过所得转换参数，进行大地高到正常高的转换。数据获得情况、已知点分布情况及采用的平差模型等都是影响转换精度的主要因素。
（5）神经网络法。神经网络法是“从神经心理学和认知科学研究成果出发，应用数学方法发展起来的一种具有高度并行计算能力、自学能力和容错能力的处理方法。”近年来，被应用于工程测量领域，是GpS研究领域一种新兴的高程转换拟合方法，“它是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成，每个节点代表一种特定的输出函数，或称为激励函数，每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的权重。”网络的输出主要依据网络的连接方式，因权重值和激励函数的不同而不同，结果通常是某种逻辑运算的模拟值。神经网络拟合法“是一种自适应的映射方法，不需假设，不构造数学模型，因此可以在转换中消除未知因影响，提高转换精度。”项目工程测量作业中常用的神经网络法包括线性神经网络法、反馈神经网络、Bp神经网络法及RBF神经网络法等。
（6）等值线内插法。等值线内插法是最早、最直接的计算高程异常的方法。其原理是绘制高程异常的等值线图，然后采用内插的方法来确定未知点的高程异常值，进而再利用上述公式求出待测点的正常高。这种方法的精度取决于测区内GpS点的分布密度和获取大地高、正常高的精确度两个方面，如果测区内GpS点的分布比较密集，那么内插精度就相对较高，所以，“进行高等级的GpS测量和水准测量是保证获取已知点高程异常值精确性的前提，进而才能内插出待测点高精度的高程异常值。”这种方法虽然操作简单，但是精度不高，只适用于对拟合精度要求不高的项目工程。
（7）曲线拟合法。当GpS点呈线性布设时，可以采用曲线拟合的方法进行GpS高程拟合，拟合出似大地水准面的曲线，再内插出待测点的高程异常值，进而得到待测点的正常高。
（8）曲面拟合法。曲面拟合法是用于GpS点呈面状分布时，采用曲面拟合方法拟合出该区域的似大地水准面，计算该区域内的高程异常值，然后求出正常高。
实践表明，综合运用GpS高程转换拟合方法，在项目工程测量中采用GpS测量技术，建立高精度的施工控制网，可以降低作业人员的劳动强度，提高工作效率，减少生产成本。随着我国北斗卫星导航系统的建立，GpS高程拟合技术将会获得进一步的发展和完善，也必将会在项目工程中得到越来越广泛的应用。
参考文献
[1]张凤梧，刘亚楠.GpS静态相对定位技术在工程测量中的应用[J].山西建筑，2012（31）.
[2]简程航.GpS高程拟合方法研究及其工程应用[D].北京：中国地质大学（北京），2014.
[3]施一民.工程GpS控制网平差转换的要点与模型[J].测绘通报，2003（4）.
数学建模拟合方法篇6
关键词：Dea虚拟研发联盟绩效评价
虚拟研发联盟是虚拟组织理念渗透于研发机构所形成的一种R&D联盟新模式[1]，打破了传统研发联盟的组织约束、地域限制，实现了人才、技术、信息、知识、设备等资源的无障碍共享[2]。虚拟研发联盟遵循与一般组织结构相似的考核流程，其运行效果的好坏同样是通过绩效反映出来。
一、虚拟研发联盟绩效评价的指标体系整体构架
虚拟研发联盟的绩效评价指标体系不同于一般的战略联盟绩效评价指标体系。它着重从集成性、敏捷性、协同性三个方面出发，涉及到对于整个联盟研发能力的全方位评价，因此其内涵十分丰富，具有很强的系统性和层次性。根据虚拟研发联盟绩效评价的特点，根据科学性，求实不求全，指标数据的可获得性及可比性等原则，经过反复筛选和优化，构建了基于综合评价指数的考核框架，具体如图1所示。
二、虚拟研发联盟的绩效评价方法
（一）基于Dea综合评价模型的指标选择和数据收集
数据包络分析（Dataenvelop-mentanalysis，简称Dea）是美国著名运筹学家a.Charnes和w.w.Cooper等学者，以相对效率概念为基础发展起来的一种效率评价方法。它不但可以对同一类型的各决策单元（DecisionmakingU-nits，简称DmU）的相对有效性进行评定、排序，而且还可以利用Dea“投影原理”进一步分析各决策单元（DmU）的有效原因及其改进方向，从而为决策者提供重要的管理决策信息。数据包络分析的基本思路是建立输入与输出的评价关系，用这种评价关系来评价输入对输出是否相对有效，即Dea有效性和相对有效的程度。
为了从集成性、敏捷性、协同性三个维度对虚拟研发联盟进行评价，可以将每一个虚拟研发联盟作为一个决策单元（DmU），而后分别从三个维度对其进行Dea分析，得出三个维度的Dea有效性和相对有效程度。为了适应Dea的基本思路，同时方便数据的有效收集，本研究以虚拟研发联盟指标体系为基础，依照输入和输出的模式选取指标体系中重要且数据易收集的指标，构建如表2所示的虚拟研发联盟Dea综合评价指标体系。
为了保证评价的客观性，发挥Dea模型的客观性优势，对于以上指标的数据来源，以被评价虚拟研发联盟的联盟内部统计数据为主，对于少量的综合定性数据，则通过评价组，以专家打分的方式获取。
（二）Dea综合评价模型的构建与分析
为了可以在从三个维度分别评价虚拟研发联盟的同时获得虚拟研发联盟的总体评价结果，构建两阶段Dea综合评价模型。第一阶段，利用虚拟研发联盟Dea综合评价指标体系从三个维度分别评价虚拟研发联盟，求出各个维度的效率值θ，为了全面的分析各决策单元的技术效率与规模效率情况，可以分别从技术效率、纯技术效率以及规模效率三个方面进行分析评价。第二阶段，则利用第一阶段的结果，结合一级指标的权重，经过加权平均，计算出虚拟研发联盟的综合效率值。
根据Dea数据包络分析理论，可以对于集成性、敏捷性和协同性三个维度分别用C2R模型评价技术效率，用BC2模型评价纯技术效率，而用两者的比率评价规模效率。由于各个维度的评价均由多个投入指标和多个产出指标构成，因此用下脚标i表示第i项投入，而用下脚标u表示第u项产出，设所求维度有p个投入指标，q个产出指标。
第一步，利用Charnes和Cooper给出的具有非archimedes无穷小量的Dea模型（Dε），分析各虚拟研发联盟的技术效率。
其中，θ表示所评价虚拟研发联盟的技术效率值；xij和yuj分别表示第j个DmU的第i项投入指标和第u项产出指标，λj表示n个DUm的线性组合向量，S-i表示第i项投入指标的投入过剩量，S+u则表示第u项产出指标的产出不足量。通过这个C2R模型可以对虚拟研发联盟的技术效率和规模收益进行评价。
（1）技术效率评价：假设该线性规划模型的最优解为θ0，λj0，Si-0，Si+0，则根据Dea理论有：若θ0=1，Si-0=0，Si+0=0，则DUmj0为Dea有效，即该虚拟研发联盟相关维度同时为技术和规模最佳；若仅θ0=1，则DUmj0为弱Dea有效，即该虚拟研发联盟相关维度并非技术效率和规模同时达到最佳；若θ0
（2）规模收益评价：若存在λj0，使得Σλj0=1，则该虚拟研发联盟为规模收益不变；若不存在λj0，λj0，使得Σλj0=1，且Σλj01，则该虚拟研发联盟为规模收益递减。
（3）改进目标。若通过技术效率评价得出结果为弱Dea有效或Dea无效，则应该针对结果对虚拟研发联盟进行改进。若Si-0>0，Si+0>0，即表示该虚拟研发联盟存在投入过剩或产出不第二步，用由Banker给出的（BC2）模型评价虚拟研发联盟的纯技术效率。
该模型将规模效率固定，从而由该模型得出的结果为纯技术效率值。若假设该线性规划模型的最优解为θ0，λ0j，Si-0，Si+0，则根据Dea理论有：若θ0=1，Si-0=0，Si+0=0，则DUmj0为Dea有效，即该虚拟研发联盟相关维度的纯技术效率为最佳，反之则该虚拟研发联盟相关维度的纯技术效率为达到最佳。
通过以上两步，已经从三个维度对虚拟研发联盟分别进行了评价，但这些只能体现虚拟研发联盟在一个维度上的优劣，无法从整体上多虚拟研发联盟进行评价，因而必须在前两步的基础上再运用层次分析法的方法，将各维度的技术效率值、纯技术效率值和规模效率值分别进行整合计算。整合阶段主要有两个部分，第一部分是通过专家打分的方式获取各个维度的权重wj，第二部分则是依照权重对各个维度的效率值进行加权平均，最终获取整体评价效率值R=wj×aj（其中aj为各个维度的各种效率值）。
三、结论与建议
本文基于虚拟研发联盟运作绩效表现出的集成性、敏捷性及协同性特点，构建虚拟研发联盟的绩效评价模型和指标体系，并运用Dea综合评价方法对该模型进行了分析和筛选，在此基础上设计和开发了虚拟研发联盟Dea综合评价指标体系。指标体系包括集成性指数、敏捷性指数及协同性指数三个方面23个指标。通过对虚拟研发联盟技术效率和规模效益的评价，得出需要改进的目标。
本文认为企业要提升虚拟研发联盟的绩效，首先需要联盟形成共同的文化，包括联盟的表象、制度和理念，各联盟成员共同遵守、自觉实践，推动联盟生产经营的团体精神和行为规范结构四个方面；第二，虚拟研发联盟应确立清晰明确的远景和目标，建立健全的管理和激励机制，同时提高联盟的领导力，使得各成员具有强烈的归属感和向心力；第三，要根据联盟的规模、所处的阶段、成员水平、成员地理位置分布等因素构建合适的联盟组织结构：分散的自组织结构形式、系统整合和协调型组织结构形式、核心小组作为系统设计师的组织结构方式、集中化风险团队组织结构方式。
参考文献：
[1]刘慧，吴晓波.虚拟R&D联盟：新产品研发的新模式[J].科学学与科学技术管理，2003（5）
数学建模拟合方法篇7
关键词:虚拟校园设计三维建模建模方法比较
一、前言
虚拟现实(VirtualReality,简称VR)是一项综合集成技术,它涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域,它利用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉,使人通过必要的装置,可以对虚拟世界进行体验和交互作用,从而产生亲临真实环境的感受和体验。
虚拟现实代表着未来的计算机交互界面,是一种完全沉浸式的交互界面。目前,虚拟现实技术已在医学、军事、航空、制造业、建筑、教育、娱乐等众多领域得到成功的应用。
虚拟现实强调人的沉浸感,其中最核心的问题是场景建模技术。VR场景中的物体一定要逼真,让人看到它们就会与现实的相关物体联系起来,这就要求物体的几何造型、材质、光影效果等与现实世界的物体一致。现在人们通过不少方法和途径来实现这一目的,3DSmax和maya是主要的三维场景建模软件。
二、我校实现虚拟校园设计
基于VRp的虚拟校园,被定义为对现实学校三维景观和教学环境的数字化和虚拟化,是一个基于现实学校的三维虚拟环境,用于支持对现实学校的资源管理、环境规划和学校发展。在这个平台上我们可以设计、开发基础服务,其中系统漫游是比较重要的一个模块,其前提就是三维建模。在我校省级课题《基于VRp的虚拟校园的设计与实现》中,均采用了3DSmax软件完成校园内各场景的建模。
三、建模方法比较探讨
我们在建模之前必须有一个详细的规划,前期我们如果不对场景的模型进行很好的优化,到了制作后期再对模型进行优化时就需要重新回到3DSmax里重新修改模型,这样就大大降低了工作效率。
下面以我校虚拟校园室外建筑模型为例,比较两种不同的建模方法。
方法一:局部―整体。
思路:将CaD文件导入3DSmax,使用捕捉工具,分别创建模型的各个组成部分,类似于搭积木,然后优化模型,最后塌陷,使之成为整体。
室外建模工作量比较大,我们首先必须看懂各种CaD图纸,然后根据标准的CaD图纸来创建标准的模型,最后进行材质、灯光、烘焙等操作。我们的具体操作步骤如下:
第一步:整理CaD图纸,把各个立面独立出来,清除不必要的标注、多余的内部结构线条等,然后保存为独立的CaD文件。使3DSmax文件的场景的尺寸与系统尺寸和要导入的CaD的图的尺寸一致。
第二步:将整理好的各个立面的CaD文件导入,分别绘制立面模型,再合成整个模型。
在操作时打开捕捉工具,以创建墙体为例,根据CaD图纸绘制墙体的外框,然后挤出得到墙体。门框的处理与之相似,先绘制一个门框的二维线框架,在“Segment”级别下删除门框下边的线段,设置门框的宽度,接着将该二维线条转换成“poly”物体,在“poly”的“edge”级别下选择门框内边,在按住Shift键的同时拖动鼠标以复制该边得到门框的厚度。
其他如窗、阳台等,分别按CaD图纸辅以捕捉工具创建。各立面创建完成后,再利用捕捉工具对齐。
第三步:逐一选择物体将其转换成“mesh”或“poly”,然后切换到“polygon”级别下将各个物体之间的看不见的面、重叠的面和相交的面都删除,再把相同材质的模型塌陷到一起。最后将导入的CaD图形删除。
用这种方法建立的模型(模型为双面)面数比较多,并且在制作的过程中对象间要进行频繁的对齐操作,此外需占用相当多的系统资源,若要对模型进行修改,修改的工作量比较大。
使用该方法创建的我校体育馆模型,由9个模型组成,共15327个面(如图1)。
方法二:整体―局部。
思路:根据CaD图纸,使用多边形挤出的方法,从整体不断分离创建出新的模型,最终形成整个模型。
使用该方法创建模型,前期的准备工作比较重要,必须仔细研究建筑本身和CaD图纸,考虑如何从整体出发,分别实现各个组成部分的模型创建。在具体实现时清晰的思路会提高操作的可行性和效率。
以我校体育馆模型为例,它实际由体育馆和游泳馆两部分组成,其外部形态和贴图不尽相同,所以在具体操作时我们可分别实现。
第一步,根据CaD图纸,按实际尺寸,创建一个“Box”并转化为“poly”作为体育馆一层整体,然后用多边形挤出的方法构建其余楼层,得到大概模型轮廓。
第二步,制作细节部分。比如在创建一楼门、窗、台阶等部分时,先选中有关的边,进行连接操作并设置切角量,根据实际情况选中多边形执行多边形挤出等操作,最后将其从整体分离出去。
举一个简单例子,我们可以将一个多边形作为台阶的初始对象,连接左右边,然后分别选中多边形挤出。如图2-4:
用相同的方法创建各对象,包括楼门、窗、台阶、雨篷、走廊等。
第三步:将材质相同的对象塌陷到一起,减少模型个数,便于后续贴图操作。
使用这种方法建立的模型(模型为单面)面数比较少,并且在制作的过程中对象间不必进行对齐操作,若要对模型进行修改,修改的工作量比前一种方法少很多。
使用该方法创建的我校体育馆模型,由6个模型组成,共5333个面(如图5)。
比较两种方法的实际操作,第一种方法容易上手,在模型制作初期效率比较高,但是随着模型个数越来越多,对齐操作也比较频繁,容易出错。有时遇到设计图和实际建筑细节方面不符合的情况,我们使用捕捉工具辅助创建模型,反而会造成很大的困扰。由于模型面数比较多,我们必须把一些不必要的面删除,如果还要对模型进行修改,修改的工作量是相当大的。
使用第二种方法,虽然在创建模型之初我们要花一定的时间分析如何下手,但只要理清操作思路,效率是比较高的。用这种方法创建的模型,不需要进行对齐操作,面数相对要少很多,符合虚拟校园三维模型的要求。如果模型完成后需要修改,修改的工作量较少。当模型全部完工并制作好贴图后,我们明显感觉用第二种方法制作的模型精细程度更高。
四、结语
由于虚拟校园各场景建模的工程量比较大,选择相对高效的建模方法,对节省系统资源、模型集成和场景漫游有着重要的意义。本文仅以建筑模型的创建为例,除了建筑物,其他辅助设施也是必不可少的,包括道路、植物、人物、车辆等,这些三维模型的创建有着不同的方法和技巧。目前,我校《基于VRp的虚拟校园的设计与实现》课题组在学校各方面的配合支持下,已取得了阶段性成果,我们将在实践中不断摸索虚拟现实中的三维建模。
参考文献:
[1]万宁,冯梅.关于虚拟现实中的三维可视化建模技术.应用技术,2007.1,(1).
[2]余莉,王乘.基于虚拟现实技术的数字校园三维仿真系统.计算机仿真,2004,VoL21,(4).
[3]董浩明,陈建国,叶俭建,陈定方.虚拟现实建模方法研究.湖北工业大学学报,2005.6,VoL20,(3).
数学建模拟合方法篇8
【关键词】岩石力学；数值实验；工程实践
《岩石力学》或《岩土力学》一门基础课，其目标是培养学生认识及解决现实生活中的工程问题，具有实践意义鲜明的特点。因此历来岩石力学课堂都十分重视实践教学环节。但由于工程实践的复杂性，室内物理模拟实验很难满足实际教学的需要。对此很多学者进行了深入研究[1-3]。唐海[4]等提出：岩体力学教学中需要重视研究型教学。王亮清[5]探讨了如何在教学中引入案例；实践教学方面，岩石力学是一门应用学科，因此实践及实验教学环节非常重要。然而，由于岩石力学应用所涉及的室内实验一般都是高温高压状态，学生动手实验危险程度高，因此，岩石力学实体实验在教学中应用受到很大限制。进入21世纪后，计算机发展迅速，数值仿真技术也应声而起，这给岩石力学的教学带来很大方便。利用计算机模拟，根据理论进行工程实例数值分析[6]，甚至对岩体进行数字模拟仿真[8]。利用数值模拟结果，结合多媒体技术动画演示实践分析结果，丰富课堂色彩及效果[7-10]。
本文以石油工程中的压裂模拟为例，详细阐述数值实验与实践结合在岩石力学教学中的应用效果及特点。
1案例教学的优点
岩石力学作为高校的一门必修课，常与土木，水利、采矿、石油等专业现场有紧密联系。在本科阶段，本质上讲是要学生理解岩石力学基础理论，但更重要的，是要求学生能够联系生产实践，能够将理论应用于实践，解决实践问题。要达到这一目标，一个重要环节就是工程案例教学。通过对工程案例的分析，提高学生动手及设计能力。但若进行现场实验教学，其实习场所、课时分配以及硬件条件等问题都会产生制约。而且对于一些稍微复杂一点的工程案例，实验室内进行物理模型实验很难达到要求，且存在高温高压因素，风险程度高，因此需要寻找先进的教学方法与手段来提高工程案例教学的效果。
2数值模拟方法的优点
（1）成本低。适当的数值模拟试验，不必准备硬性模拟器材和材料，大大节约成本。（2）教学重点、难点讲解更透彻。可以将模拟分析过程中的理论单独提炼，达到理论和分析效果交相呼应的目的。通过形象的图形演示，使学生理解透彻，并且认识深刻，不易忘记。（3）扩大学生专业知识面，激发学生学习热情与创造力。通过数值模拟实验的实施，学生对数学方法，如有限元方法、数值分析方法等会产生一定兴趣，从而促进了其他学科的教学。（4）安全性好。数值实验不必让学生亲身接触高温高压条件，保障了学生的生命财产安全。（5）可重复性高。岩石力学作为一门实践性学科，由于其处理目标-岩石的本身结构十分复杂，在实验过程中常出现一些不可预知的情况，也不能保证两次实验结果完全一致，这是岩石本身条件使然，不是理论和仪器的影响结果。数值实验就不存在这个问题了，大大方便了教学。
3水力压裂模拟与工程案例分析
在石油工程领域，由于疏松砂岩结构特点的影响，其对外载应力变化十分敏感；当疏松砂岩储层骨架所承受的地应力发生变化时，其储层物性参数将会随之发生变化。脱砂压裂过程中，诸多因素影响压裂井压后产能。但室内物理模拟很难对这一状态进行模拟，且无法进行单因素规律分析。为此，本文介绍利用数值模拟方法对压裂动态造缝进行模拟，定量研究动态造缝影响下的压后储层物性参数分布规律及压后渗流速度分布规律。
数值实验中，有限元建模过程中采用了以下两点假设：（1）采用平面应变模型；（2）裂缝为对称双翼缝。因此，模型具有对称性，可采用1/4结构建模。其中储层部分物性参数取自胜利油田孤岛某疏松砂岩油藏。
数值实验的一大优点是可以充分进行压后储层物性参数分布规律研究。影响压后储层物性参数分布规律的因素较多，其中既有动态造缝本身的因素，如压裂造缝几何形态、造缝长度、造缝宽度等，也有储层本身的因素，如储层应力敏感性等，压后储层物性参数分布受以上各因素综合影响。关于裂缝形态的影响，如图1，降低井底压力生产也同样会使疏松砂岩外载增加，即生产过程本身的流固耦合作用也会引起储层渗透率降低，在降压生产单独作用下，裂缝周边渗透率最低降到了0.83μm2，相对于原场渗透率降低了16.8%。越靠近裂缝壁面及裂缝尖端处，渗透率受到的影响越剧烈。
压后孔隙度分布规律研究如图2。模拟过程中孔隙度及渗透率等参数均取为有效应力函数，故模拟压后储层孔隙度分布规律与渗透率分布规律类似，不再详述。另外，由于渗透率应力敏感程度明显强于孔隙度应力敏感程度，这也使得造缝影响下的孔隙度变化率明显低于渗透率变化率。压后弹性模量分布规律研究如图3。当仅考虑降压生产时，储层弹性模量最大为3.21Gpa，相对于原场弹性模量增加了7%。当考虑动态造缝效应时，近井眼及部分裂缝周边区域弹性模量明显大于3.21Gpa，说明上述区域内动态造缝对弹性模量改变发挥了重要影响。
4结论与建议
分析可知：室内物理模拟实验方法相比，数值实验有其突出的优点：成本低、重复性高、安全性好，后续分析能力强，尤其是工程实践结合紧密。实践证明，岩石力学教学中，尤其在工科院校的岩石力学教学中，充分利用数值模拟技术，可大大提高教学效果。对于那些室内实验不能模拟的复杂工程案例，通过数值模拟方法便可以得到很好的解决，结合多媒体技术，极大提高学生学习兴趣，掌握更多知识点，取得较好的教学效果。
【参考文献】
[1]战玉宝.数值模拟在岩石力学案例教学中的应用[J].中国科教创新导刊，2012（7）：99-100.
[2]张孟喜，秦爱芳，孙德安，等.岩土力学课程群的创新教学实践[J].高等建筑教育，2011，20（5）：132-135.
[3]杨悦，薛志成，钱晓丽.《岩石力学》课程的教学改革与实践[J].高教科研，2006（中册：教学改革）：416-420.
[4]唐海.研究型教学在岩体力学课程教学中的应用[J].当代教育论坛：综合版，2010（3）：99-100.
[5]王亮清，梁烨.案例教学在岩体力学教学中的应用[J].今日科苑，2006（6）：24.
[6]李连崇，梁正召，马天辉，等.高性能计算技术在岩石力学课程教学中的应用[J].高等建筑教育，2010，19（1）：126-130.
[7]张义平，刘勇，曹云钦.应用数值试验促进岩体力学教学[J].贵州大学学报：自然科学版，2007，24（4）：436-440.
[8]王述红，梁成，杨勇，等.应用真三维岩体建模仿真技术推动岩石力学教学改革[J].力学与实践，2011，33（1）：89-91.
[9]战玉宝.浅析数值仿真技术对《岩石力学》教学的促进[J].科技资讯，2012（18）：184-185.
[10]张晓君，郑怀昌.数值模拟结果演示推进岩石力学课堂教学[J].中国现代教育装备，2012（9）：47-49.
数学建模拟合方法篇9
【关键词】计算机；模拟分析；绿色建筑设计
21世纪，计算机模拟分析在建筑设计中的应用愈来愈频繁，尤其在绿色建筑设计领域，其数据化的效果分析、环境预判给绿色、节能的最终目的提供了一定的衡量参考，成为各国都大为青睐的技术手段。按照目前的研究成果来看，国外尤其欧美国家在绿色建筑设计中对这一技术使用更为频繁也更为纯熟，技术水平也较高。我国则处在一个积极探索，研究应用的过程，发展势头日盛，技术的使用也愈加频繁。为响应国家号召，提高专业素养，作为设计院的一名建筑学工程师，笔者现对计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用这一课题进行探究。
1.绿色建筑设计的概念和内容
绿色建筑设计是与以往的建筑设计相比较而提出的，与以往的建筑设计相比绿色建筑设计更注重设计环节与建筑本身周边环境及各种因素的有机结合，这种有机结合设计理念要求建筑师在前期的设计工作中更加注重对建筑建设地区环境数据的分析和各项量化总结后的效果预判模拟，包括风环境、光环境等等。这种数据化的分析模式不是设计人员仅仅靠脑力计算就可以准确得出的，这时候引入计算机模拟分析这一技术救星成为一种必然性的选择。
2.计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用举例
2.1朝向优化
绿色建筑的朝向需要充分结合当地主导风向和周围道路等因素来进行，还需要依据房间内部的使用要求，同时将太阳日照和辐射充分纳入考虑范围。利用计算机模拟分析系统，设计人员可以将建筑周边环境需要考虑的因素输入其中，比如风环境、水环境、经纬度等等，而后计算机模拟分析系统可以根据自身数据库系统进行数据分析，设计方案优化，最终给出基于数据分析效果的设计方案以供设计人员参考。在建筑物朝向选择上，计算机模拟分析的作用尤为显著，它甚至可以凭借自身强大的数据库系统将若干年份的风环境、水环境进行比对分析，而且效率奇高，最终给出若干最佳的朝向供设计人员最终处理敲定。
2.2立面设计
建筑模拟能够计算出建筑护栏结构的热传递，并能预测出任何选定元素的内表面温度。以建筑物的内表面温度参数为考量，例如玻璃，包括导热性、其辐射吸收量、反射量、和透射量。排比出室内温度和能耗的模拟结果，能直接将性能表现最优的选择知会给设计者。设计者根据计算机模拟系统给出的设计预案选择出一个能合理利用自然资源的结果不是恰恰体现了绿色节能的设计理念么?对太阳能利用与规避都能实现绿色节能的神奇效果。在利用方面，选择合适的角度安装太阳能灯具等等，可以集中利用太阳能，节约电能。而根据计算机分析的数据选择恰到好处的遮阳板位置，又能在炎炎夏日规避太阳热浪，减少空调等电器的使用。这两种手段都很好地体现了设计环节与周边环境的有机统一，这很大程度上赖于计算机模拟分析系统的助力。
2.3力学模拟
选择何种材料才能满足建筑使用的衡要籍要知道此材料是否能承担各种可能的应力。以及材料在此应力下的变形是否在使用者心理的可承受范围之内。一级注册建筑师结构课考试大纲要求建筑师掌握用解析法分析建筑受力情况。这种方法比较适于分析梁柱层次清晰的正交体系。而对于复杂几何形建筑的设计。目前常采用Fea（有限元分析.Finiteelementanalysist）方法[3]。在该算法的使用中，建筑设计人员可以将材料、荷载、形状等元素输入家算计模拟分析软件中，计算机模拟分析系统能够采用混合遗传算法、模拟退火算法混合遗传算法等模糊数学方法求解。求出的解也就成为了建筑师进行绿色建筑设计实践的原始参数。
3.国内外相关探索成果
目前，国外的计算机模拟分析系统在建筑绿色节能设计中的应用已经很成熟，各实力高等院校的建筑学院也将计算机模拟分析教学列为建筑师必须掌握的技术手段之一。凭借其强大的科技水平及多年应用经验，欧美国家还对计算机模拟分析系统进行细分，跟据不同的设计需要，设计师可以选择钟意的算法类型的计算机模拟分析软件进行分析。由于目前西方较我国节能低碳的设计理念践行的更好一些，计算机模拟分析系统在社会建筑领域发挥的的作用十分突出。我国由于尚且处在发展中国家阶段，技术水平较落后与西方，绿色设计理念方兴未艾但势头强盛，不少建筑学大师已经颇具前卫设计理念，充分利用计算机模拟分析手段认真践行着绿色设计宗旨。
4.本人在这方面的实践
我在建筑设计中一直紧跟时代风向，密切关注国际绿色建筑设计潮流，在建筑设计中，将计算机模拟分析手段引入到实践当中，把建筑学的设计理念得以扩展，并且，我在这一领域的探索研究之路从未停歇，不断从学术和实践方面强化计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用等相关知识。
5.结语
随着“绿色建筑”理念的普及，能源和环境越来越成为建筑设计考虑的重要因素。将环境、能源因素可视化，通过分析计算精确化设计建筑物理环境，使绿色建筑理念得以贯彻，达到节约能源的目的，是建筑设计者的一个重要研究课题。笔者在工作中研究这一课题，就计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用阐述自家之言，实践之路依然漫长，希望在不断的实践中积累经验和理论，为国家在这一领域的探索贡献绵薄力量。
参考文献
[1]刘百韬.计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用[J].规划与设计，2015，11：66
[2]菲儿.琼斯，丹尼斯.考皮特西斯，侯珊珊.计算机模拟分析在低碳建筑设计中的应用[J].城市.环境.设计，2012，12：223
[3]曾坚，苏毅.建筑材料的计算机模拟及其对当代设计美学的影响[J]
数学建模拟合方法篇10
虚拟校园；模型；优化技术
1.模型建模方法选择
建模是所有三维软件的主要功能，虽然各式各样的三维软件花样繁多，无论是3dmax、Rhino、maya等都拥有下面三种建模方法。下面对它们进行比较和分析，选择最适合虚拟校园应用的建模方法。曲面建模是使用数学函数来定义曲线和曲面，能生成光滑的曲面，主要应用于工业设计和生物建模中。多边形建模是发展最为完善的建模体系，多应用在建筑、游戏等模型设计中。面片建模是介于多边形和曲面之间的一种建模方法，使用率不高，主要适合角色及生物建模中。综上所述，多边形创建出来的模型造型良好，且快捷，适合建筑模型的创建。而且网格结构清晰，易于模型的细节处理，占用系统资源最少，运行速度最快。因此在虚拟校园系统的模型构建中，采用多边形建模作为模型建立的最主要手段。
2.建模精度
在虚拟校园系统实现中，场景模型的数据大小是与其模型精度有关系。模型精度分为两个类：高精度模型、低精度模型。
高精度模型其细节丰富边角平滑，但面数过多文件大。把高精度模型导入虚拟引擎中，会导致运行速度减慢，甚至无法运行。低精度模型虽然精度不够，但是可以使用贴图技术弥补，同时文件小，更适合虚拟校园的应用。通过分析和比较，选择低精度模型应用于虚拟校园系统中是最合适的。
3.模型建模与优化
虚拟校园模型主要包括道路、建筑、树木、天空等，下面本文将分别对建筑物、树木、天空等创建于优化的方法进行阐述。
建筑物：建筑物的建模使用多边形进行建模。由于建筑的外观多以正方体为为主，因此以BoX为基础模型进行创建。将其转换为多边形，使用编辑多边形工具进行分别对点，线，面，体进行编辑修改，并进行细节调整，调节关键节点位置制作出建筑的外部特征，并且使用挤出、倒角、焊接增加建筑的外部细节。
在虚拟校园的建筑模型中，时刻注意对模型的优化。所有建筑模型都是基于对面的处理上。因此在不破坏造型的基础上进行精简，优化面数有以下几种方法：
创建低精度模型。创建低精度模型首先对建筑模型中不可见的面删除，以建筑模型为例可以删除的面包括内墙、内部屋顶、内部地板等看不见的面，这样不仅可以大大模型面数，提高交互场景的运行速度，而且可以提高烘焙贴图的利用率。建筑模型面数优化也要根据主次建筑物进行优化。主体建筑在保持细节情况下进行优化，而辅助建筑进行更多优化，这样在游览时主体建筑仍十分精细。漫游中视觉处于疲劳时随之视觉要求也逐渐放松，模型的精度也可以随之降低。另外要注意场景中的模型数量不宜太多，否则会给后面交互的实现产生不必要的麻烦。
使用贴图表现细长条的物体。对耗费面数过多的模型和细长条的物体用贴图的方式表现。如窗框、栏杆、栅栏等。
尽量使用三角面模型。尽量保证模型的三角面为等边三角形，不要出现长条型。这是因为长条形的面不利于实时渲染，还会出现锯齿、纹理模糊等现象。
合理使用二维样条线。减少放样物体使用二维样条线代替。使用3dmax的二维样条线转换成为多边形方式来实现电线、绳索等物体。这样创建的物体优点是即可显示，而且面数还为0。如果必须使用放样建模那么就尽量减少放样横截面的线段数。
相同材质的模型合并，对面数过多的模型进行分割。上文提及切忌场景模型过多，因此对同样材质的模型尽量合并，在合并时还要避免跨度较大的模型进行合并，另外面数过多的模型不要进行合并。正确的合并方法可以加快场景的加载速度。反之，如果模型面过多，会增加烘焙物体的数量和时间，影响到整个模型的效果。同时也会降低运行速度。因此如果遇到过多面数模型可以采取分割的办法来解决。
重新创建简模比改精模的效率更高。在实际工作中，对原有的高精度模型进行优化，可能需要更多的时间，甚至还无法达到满意的效果。重新创建一个低模要比将一个精模优化成低模更快。
下面以虚拟校园的建筑物模型为例，原始模型面数在14600面，在使用上面叙述的优化方式，将楼体模型不可见的面删除全部。由于窗框占有整个模型大量的面数，所以对它进行优化是必要。删除不可见的面数的同时，将相同材质的模型合并，避免过多的模型出现。楼体走廊、主楼模型的楼梯使用重新创建简模方式，平滑度较低到只要能在视觉上可以接受即刻，楼梯模型也要采用重新建模的方式来实现。窗户由于细长条的物体，使用贴图表现，可以大大降低模型的面数。最后将其他次要部分模型也使用贴图的方式进行优化建模。这样模型从优化前的1.4万个面减少到7千个面，这样模型才适合后面虚拟校园的应用。
树木：树木花草等自然景物是虚拟校园中最为常见的模型，由于树木本身复杂性和随意性，其模型创建也成为虚拟校园实现的难题之一。树木创建方法分三大类：aeC三维树木创建方法、公告牌技术的创建方法、伪三维模型的创建方法。本文具体分析它们的优缺点，并进行比较，最终选择最适合虚拟校园系统中树木的表现方法。
aeC三维树木创建方法：aeC是3dmax中一个创建植物树木工具。aeC创建的树木是完全三维的树木，树木全部由多边形模型组成。面数多，且文件大。远距离观察非常精细，而近距离观察树叶，全部由凌乱的多边形模型，效果反而更差。因此不适合在虚拟校园中应用。
公告牌技术，是使用带透明贴图的四个面片进行交叉建模方式，并且使模型始终朝向摄像机的方法来模拟树木物体。这种创建树木模型方法显示速度最快、面数最少、文件最小，但是真实感稍差。不过在虚拟校园中使用这种方法是个比较好的选择之一。
伪三维模型的创建方法：是使用二维、三维技术的结合方法进行创建。创建的模型树干和主要树枝是用多边形建模来模拟。而树叶和其他次要树枝使用赋予透明贴图的面片来代替，伪三维模型的树木面数少，文件小。远近距离观察均可达到比较真实的效果。创建100颗伪三维模型的树木，只相当于一颗aeC三维树木面数。使用这种方法应用于虚拟校园中也是个比较好的选择。
本文推荐使用公告牌技术模拟树木群，而对需要突出表现的地方选择了伪三维模型的创建方法，这样效果即做到了有效的精简，又在局部达到了应有的逼真的效果。
天空：在虚拟校园中，天空的表现是必不可少的。对于天空的仿真模拟，有四种模拟方法：蓝色背景模拟法：简单、粗糙、逼真度差。天空盒模拟法：正方体模型赋予无缝贴图模拟天空；逼真度好，但是对纹理的要求非常高。八棱锥模拟法：赋予纹理贴图的八棱锥模型模拟天空，其逼真度不如天空盒。半球型模拟法，创建半球体模型并赋予无缝贴图模拟天空，其符合天空笼罩在大地自然规律。这种方法更符合虚拟校园应用。通过上面分析比较得出最终的结论。推荐的半球型天空模型创建方法。
本文主要介绍了建模的理论基础、建模方法与优化技术。以及在遇到问题时，具体解决方案。总之，在模型的创建中，始终把“优化”为指导思想，以实现既有逼真的效果，又适用于网上的浏览与交互为目标，最终构建一个效果与效率两者兼得的虚拟校园系统。
[1]董辉，王维忠.基于openGL的虚拟校园漫游系统设计与实，2009.02