|
Принятые статьи
Метод поиска оптимального расположения узлов аппроксимации непрерывных функций с учётом нелинейности пространства
Е.В. Конопацкий, Д.И. Кислицын, А.В. Степура, О.В. Котова
Принято: 2025-07-28
Аннотация
Предложен метод поиска оптимальных узлов аппроксимации, реализованный на при-мере функции Рунге. Метод основан на использовании интерполяционных алгебраиче-ских кривых в точечном исчислении и сводится к минимизации целевой функции мно-гих переменных, которая обеспечивает минимальные отклонения аппроксимирующей функции от исходной. Традиционно в процессе интерполяции определяются коэффици-енты интерполирующей функции на основе исходных точек, что не даёт возможности обеспечить поиск оптимального расположения узлов интерполяции, поскольку коорди-наты узловых точек необходимы для определения коэффициентов интерполирующей функции. Особенность интерполяционных кривых, реализованных в точечном исчисле-нии, заключается в том, что они получены путём равномерного распределения параметра по числовой оси и сохраняют в точечном уравнении координаты узлов интерполяции, что позволяет поставить и решить задачу оптимального их расположения путём мини-мизации целевой функции. После реализации покоординатного расчёта точечного урав-нения интерполяционной кривой итоговый результат аппроксимации исходной функ-ции представляет собой алгебраическую кривую, заданную в параметрическом виде, что позволяет использовать нелинейность пространства для значительного уменьшения степени аппроксимирующей полиномиальной функции. Например, при использовании узлов Чебышева, которые считаются оптимальными для аппроксимации функции Рунге, для достижения качественной аппроксимации необходимо не менее 20 узлов, что при-водит к необходимости использования полинома 19-й степени. При этом среднеквадра-тичная ошибка составляет 0.000111. В то время как для аппроксимации функции Рунге на основе оптимизированного расположения узлов аппроксимации уже при использова-нии 6 узловых точек среднеквадратичная ошибка составляет всего 0.0000284, что на по-рядок ниже по сравнению с узлами Чебышева и позволяет вместо одного полинома 19-й степени использовать два полинома 5-й степени по каждой из координатных осей.
Сравнительный анализ точности солверов OPENFOAM при моделировании обтекания двойного клина сверхзвуковым потоком
A.E. Бондарев, A.E. Кувшинников, С.В. Андреев, И.Г. Рыжова
Принято: 2025-07-28
Аннотация
Данная статья посвящена сравнительному анализу точности различных солверов программного пакета OpenFOAM при численном моделировании обтекания двойного клина сверхзвуковым потоком невязкого газа. Рассмотрена двумерная установившаяся задача образования течения с пересечением косых скачков уплотнения. Проведено сравнение стандартных солверов rhoCentralFoam и sonicFoam, а также сторонних разработок pisoCentralFoam и QGDFoam. Результаты, полученные в табличном виде, визуализируются в качестве поверхностей ошибок. Анализ показал наилучшую точность солвера rhoCentralFoam, особенно при высоких числах Маха и больших углах двойного клина. Полученные результаты могут быть использованы как в фундаментальных исследованиях, так и при инженерных расчетах, требующих высокой достоверности моделирования сложных течений
Визуализация параметров и результатов моделирования задач оптимального планирования транспортировки грузов в беспилотных авиационных транспортных системах
А.Г. Подвесовский, А.А. Филонов, А.А. Захарова
Принято: 2025-07-28
Аннотация
Особенности применения беспилотной техники в сфере грузоперевозок приводят к новым постановкам задач оптимизации плана транспортировки грузов, в которых необходимо учитывать одновременно несколько видов дополнительных условий и ограничений. Процесс моделирования таких задач требует учета и анализа множества разнородных параметров, которые целесообразно задавать в интерактивном режиме с использованием приемов и методов визуализации. Рассматривается один из типов задач формирования плана транспортировки разнородных грузов с применением беспилотных летательных аппаратов, и предлагается подход к построению визуальной модели с целью поддержки интерактивного задания параметров задачи и отображения результатов оптимизации с использованием визуального интерфейса. В основе предлагаемого подхода лежит понятие метафоры визуализации, включающей в себя пространственную метафору и метафору представления. Обсуждаются структура и особенности метафоры представления для различных вариантов постановки задачи и этапов ее моделирования.
Разработка методологии применения генеративных нейросетей при создании 3d моделей
Н.А. Бондарева, A.E. Бондарев, С.В. Андреев, И.Г. Рыжова
Принято: 2025-07-28
Аннотация
В статье рассматривается актуальная научно-техническая проблема интеграции генеративных нейросетевых архитектур в процесс автоматизированного 3D-моделирования. Несмотря на значительный прогресс в данной области, существующие решения зачастую характеризуются недостаточной прозрачностью и ограниченными возможностями детерминированного контроля со стороны инженеров-проектировщиков. В связи с этим, предлагается концепция инновационного гибридного методологического подхода, основанного на синергетическом взаимодействии интеллектуальных систем обработки естественного языка и верифицированных инженерных программных комплексов. Целью предложенного подхода является существенное повышение эффективности и точности процесса проектирования посредством минимизации вероятности возникновения погрешностей и обеспечения возможности оперативной корректировки на всех этапах создания 3D-моделей. Методология базируется на интеграции возможностей ИИ в области семантического анализа и генерации вариативных проектных решений с существующими алгоритмами CAD-моделирования. Представлены результаты экспериментальной верификации предложенной концепции, демонстрирующие значительное сокращение временных затрат на создание 3D-моделей по сравнению с традиционными методами, что свидетельствует о перспективности разработанного подхода для практического применения в инженерной деятельности.
A Hybrid Approach to Color Matching for Metallic Automotive Paint
A.G. Voloboy, S.V. Ershov, V.V. Lyoushkin, A.I. Kuznetsov, V.A. Galaktionov
Принято: 2025-07-28
Аннотация
Accurate color matching for metallic automotive paints is a complex challenge because the paint appearance depends on lighting conditions, viewing angles and the spatial texture created by reflective flakes and pigments. This paper presents a hybrid approach that integrates AI technique with physics-based modeling to address this challenge. The AI component utilizes a multilayer perceptron trained on a proprietary database of real-world automotive refinishing cases. This database, continuously updated through operational deployments, captures practical variables such as pigment batch differences and application techniques, and allows achieving an 85% success rate for standardized pigments and controlled environment. However, for novel or insufficiently characterized pigments, the physics-based component of the hybrid approach becomes critical. Here, the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) of metallic paints is calculated by scaling the BRDF of a paint containing only metallic flakes, leveraging the observation that the normalized spectrum of colored metallic paints remains stable across concentrations. This method significantly reduces computational cost compared to full ray tracing while maintaining accuracy. Experimental validation involved calculating paint appearance for various concentrations of aluminum flakes and diffuse pigments and comparing it with measured real paint samples. Results demonstrated strong agreement between calculated and measured spectra. The hybrid approach not only bridges gaps in training data but also offers a practical solution for automotive repairs, where original paint formulations are often unavailable or altered by environmental factors. By combining AI's data-driven strengths with the robustness of physics-based simulations, this work advances the field of automotive paint color matching, enabling faster and more accurate results in real-world applications.
Физически обусловленное машинное обучение для прогнозирования газовой проницаемости стандартных карбонатных образцов керна по стекам низкоразрешённых микротомографических изображений
Р. И. Кадыров, Т. Х. Нгуен, Е. О. Стаценко
Принято: 2025-07-28
Аннотация
В работе предложен физически обусловленный рабочий процесс для прогнозирования газовой проницаемости карбонатных коллекторов непосредственно по низкоразрешённым микротомографическим (микро-КТ) изображениям. Стандартные образцы керна диаметром 30 мм были просканированы с разрешением 34,6–36 мкм/воксель; из 71 образца получено 52 327 серых срезов (737 срезов на образец). Каждому срезу было присвоено синтетическое значение трёхмерной проницаемости, основанное на фрактальной аналитической модели, после чего оно было нормировано с использованием либо гармонического среднего, либо агрегирования по принципу «бутылочного горлышка» относительно экспериментальных измерений на уровне всего керна. Изображения в оттенках серого и логарифмированные метки проницаемости использовались для обучения модели трансформера со скользящими окнами (Swin Transformer), предварительно обученной на базе изображений ImageNet. Были независимо разработаны две модели: одна с использованием гармонического усреднения, другая – на основе подхода бутылочного горлышка. Обе модели продемонстрировали стабильную сходимость, несмотря на сильную асимметрию распределения данных. Модель с гармоническим средним достигла R² = 0,904 на валидационной выборке, тогда как модель показала R² = 0,879. Хотя более высокое значение R² отражает лучшее соответствие общей тенденции, модель бутылочного горлышка при слепом тестировании на десяти независимых образцах (0,4–2300 мкм² × 10⁻³) уменьшила MAE с 165 до 104 мкм² × 10⁻³ (−37 %) и RMSE с 255 до 140 мкм² × 10⁻³ (−45 %) по сравнению с моделью на гармоническом среднем. Метод обеспечивает быстрый и интерпретируемый прогноз проницаемости исключительно на основе исходных микро-КТ срезов, без необходимости сегментации изображений или 3D-реконструкции. Предложенный подход демонстрирует устойчивую работу на широком диапазоне стандартных карбонатных образцов и эффективно захватывает тренды проницаемости даже при наличии структурной неоднородности. Хотя образцы с крайне крупными трещинами или кавернами могут вносить локальные несоответствия в разметку из-за ограничений оценки по срезам, такие случаи редки и могут быть систематически учтены в будущих работах. В целом результаты подчёркивают высокий потенциал физически-обусловленного машинного обучения для ускорения цифрового анализа керна и получения надёжных прогнозов проницаемости по изображениям для сложных карбонатных коллекторов.
Исследование и применение наносекундных разрядов для визуализации структуры сверхзвуковых потоков
И.В. Мурсенкова, А.А. Иванова, А.С. Сазонов
Принято: 2025-07-28
Аннотация
Проведено экспериментальное исследование пространственного распределения излучения наносекундных поверхностного скользящего разряда и комбинированного объемного разряда в сверхзвуковых потоках воздуха с обтекаемым осесимметричным телом в канале. Течение в разрядной камере включало ударные волны, генерируемые при обтекании тела, и отраженные от стенок канала. Структура потока визуализировалась прямым теневым методом и путем регистрации свечения разрядов фотокамерами и электронно-оптической камерой. Сверхзвуковые потоки с числами Маха 1.36–1.60 создавались за плоскими ударными волнами с числами Маха 3.0-4.4 в канале ударной трубы прямоугольного сечения. Разряды реализовались при импульсном напряжении 25 кВ на поверхности или в объеме протяженностью 100 мм в направлении потока. Проанализированы пространственные характеристики излучения разрядов, инициированных на различных стадиях газодинамического течения. Проведены цифровая обработка и анализ изображений свечения, полученных при развитии разрядов, а также их сравнение с теневыми изображениями поля течения. Показана связь распределения свечения скользящего поверхностного разряда в сверхзвуковых потоках с характером и состоянием пограничного слоя на стенке канала. Сопоставление изображений свечения разрядов с кадрами теневой съемки позволило восстановить трехмерную структуру сверхзвукового течения с головной ударной волной перед обтекаемым телом и наклонными скачками уплотнения.
Исследование взаимодействия ударной волны с турбулентным пограничным слоем оптическими методами
С.С. Попович, И.А. Знаменская, М.И. Муратов, И.А. Загайнов
Принято: 2025-07-28
Аннотация
В работе исследуется поле скорости и температуры в области взаимодействия ударной волны с пограничным слоем. Исследования проводились на сверхзвуковой аэродинамической установке периодического действия с закрытой рабочей частью и регулируемым сверхзвуковым соплом, а также импульсной ударном стенде с длительность потока до нескольких мс. Волновая картина в каналах генерировалась клином, установленным на расстоянии 20 мм от верхней стенки, а также локальными неоднородностями канала. Толщина пограничного слоя в начале рабочей секции на верхней и нижней стенках составляла около 6 мм. Установки оснащены оптическими кварцевыми боковыми окнами и прозрачными верхней и нижней стенкой из оргстекла, что позволяет использовать панорамные методы визуализации. Распределение продольной и поперечной составляющей скорости потока в области взаимодействия падающей ударной волны с плоской стенкой определялось с помощью метода PIV. Проведена визуализация картины течения в области взаимодействия падающей ударной волны со стенкой с помощью инфракрасной термографии и теневого прибора Теплера ИАБ-451.
Теневая визуализация процесса дробления капель воды при течении двухфазного потока в сопле Лаваля
С.С. Попович, А.Г. Здитовец, Ю.А. Виноградов
Принято: 2025-07-28
Аннотация
Представлены результаты экспериментального исследования течения воздушно-капельного потока в плоском сверхзвуковом сопле аэродинамической установки непрерывного действия. Капли подавались в поток с помощью форсунок мелкодисперсного распыла, установленных в форкамере. Рабочая часть аэродинамической установки имеет прямоугольное поперечное сечение с размерами 70х98 мм. Число Маха на срезе сопла изменялось в диапазоне 2,0-3,0 за счет механизма поджатия критического сечения сопла, давление торможения в форкамере – 450-550 кПа, температура торможения – 288-298 К. Начальная концентрация дисперсной (жидкой) фазы в потоке и начальное распределение размеров капель варьировались изменением перепада давления на форсунке. При исследовании динамики дробления капель в критическом сечении сопла использовался теневой лазерный метод SSP (shadow photography), включающий в себя: систему освещения потока на основе двойного импульсного Nd:YAG лазера Beamtech с длиной волны 532 нм, 7-суставную оптическую руку для доставки лазерного излучения, светорассеивающий экран для создания фоновой подсветки со спиртовым раствором люминофора родамина, цифровую ПЗС-камеру с кадровой частотой на полном разрешении до 15 Гц, объектив-микроскоп Infinity K2 DistaMax и синхронизирующий процессор Polis SP-10.0ПС. Получена серия снимков мгновенного состояния воздушно-капельного потока в области критического сечения и в расширяющейся части сопла.
Visualization of Complex Roots for Nonlinear Algebraic Equations
Mehmet Pakdemirli
Принято: 2025-05-26
Аннотация
Visualization of complex roots of a nonlinear algebraic equation is discussed in this work. The method is based on calculating the modulus of the complex valued function and representing it as a surface in a three dimensional space where the axis consist of real and imaginary axis and the modulus function. Since it may be inconvenient to visualize multiple roots in a three dimensional surface, contour plot is suggested as an alternative to visualize better the location of roots. Roots of polynomial functions as well as non-polynomial functions are treated as examples. The contour plot is the best to visualize the complex roots in a single graph.
КЛАССИФИКАЦИЯ ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ
А.Е. Дзенгелевский
Принято: 2025-04-29
Аннотация
В данной статье рассмотрены способы использования средств визуализации для построения классификаторов объектов в ходе автоматизации крупного предприятия. Предложенные подходы позволяют заинтересованным лицам получить наглядное представление и принять участие в решениях, требуемых при построении классификатора для больших массивов записей.
Применение средств визуализации рассматривается при выборе объектов классификации, определении признаков и значений признаков классификации, обеспечения удобства классификатора и реализации противоречивых требований от стейкхолдеров. Среди предлагаемых решений описываются приемы использования системных классов, построения логической и физической моделей классификатора, многомерная классификация, модель данных признак-значение, логическая модель данных для описания требуемых аналитик.
В качестве предметной области рассматривается классификатор работ и услуг, приводятся примеры использования предлагаемых решений и результаты построения классификатора на крупном предприятии.
Design of a Hybrid Metric for Fingerprint Image Matching: A Grediant, Aczil, and SourceAFIS Approach
Mohammed Abdulameer Aljanabi, Noor Abd Alrazak Shnain
Принято: 2025-04-29
Аннотация
One of the most popular biometric matchings is the fingerprint used for personal matching, verification, and authentication. Numerous fingerprint metrics have been developed to detect various types of fingerprint image distortions. The majority of these metrics are based on a single approach. It is feasible to match a specific person's fingerprint image by comparing images of the same person's fingerprint, which we will discuss in detail in this paper. In this work, we provide an alternative technique by interpolating the Aczel metric with gradient matching and Source Automated Fingerprint Matching System (SourceAFIS) algorithm. The Aczel metric demonstrates strong predictive capabilities in discerning relationships among intensity values within fingerprint images while gradient matching is used to gage the change in contrast and structure in images. SourceAFIS describes fingerprints using high-level abstractions called minutiae, creates edges, matches minutiae and edges, and scores pairings based on random feature likelihood. The combined method has been tested against powerful statistical approaches for image analysis such as gradient matching metric and SourceAFIS matching algorithm. Simulation results using four well-known FVC2000, FVC2002, FVC2004, and FVC2006 image databases prove the effectiveness of the proposed technique achieves better consequences than the current methods in matching fingerprint images.
Использование визуализации сперматозоидов методом лазерной интерференционной микроскопии для комплексной оценки функционального состояния клеток в ходе криоконсервации и действия молекулярного водорода
А.В. Дерюгина, М.Н. Иващенко, П.С. Игнатьев, В.Б. Метелин
Принято: 2025-04-29
Аннотация
Поиск эффективных технологий криоконсервации спермы, несмотря на значительные успехи достигнутые в этой области, является актуальной проблемой современной биологии и медицины, поскольку даже при самой эффективном варианте замораживания-оттаивания сперматозоидов сохранность жизнеспособных клеток достигает 50 – 60 %. В качестве нового подхода повышения защиты сперматозоидов в ходе замораживания-оттаивания в работе рассматривается использование молекулярного водорода (Н2) как универсального антиоксиданта, который способен ограничивать повреждения биомолекул за счет снижения свободных радикалов. Визуальная регистрация сперматозоидов при действии Н2 с использованием современных методов микроскопии позволяет наглядно представить изменения происходящие в клетка. Наиболее интересна с точки зрения визуализации объектов лазерная интерференционная микроскопия, регистрирующая преобразования архитектоники поверхности клеток в зависимости от модуляции оптической плотности клеточных структур. Данный вариант визуализации предоставляет информацию о происходящих изменениях на метаболическом уровне, что значительно расширяет возможности интерпретации экспериментальных результатов. Кроме того, интерференционная визуализация проводится без дополнительной пробоподготовки, использования красителей и фиксирующих средств, применение которых может оказывать дополнительное воздействие и вызывать появление артефактов. В работе проведен анализ фазовых изображений сперматозоидов при криоконсервации и при использовании Н2 в качестве криопротектора. Для верификации возможности использования фазовых характеристик сперматозоидов в качестве информационного показателя метаболического состояния клеток параллельно проведен анализ клинико-лабораторных показателей сперматозоидов. Показано, что снижение фазовой высоты сперматозоидов в ходе криоконсервации сопровождалось уменьшением интенсивности энергетических процессов и увеличением окислительного потенциала клеток, что выражалось в прямой корреляционной зависимости от концентрации АТФ и обратной – от концентрации малонового диальдегида (МДА) – показателя, позволяющего оценить степень окислительных процессов в клетке. Использование Н2 определило увеличение фазовой высоты сперматозоидов, что происходило на фоне роста энергетического метаболизма при снижении окисления клеток. Выявленные изменения метаболической активности сперматозоидов при действии Н2 сочетались с улучшением фертильности сперматозоидов. Таким образом, фазовая интерференционная микроскопия позволяет дать не только качественную, но и количественную оценку физиологического состояния сперматозоидов и быть объективным методом витального анализа комплексной метаболической активности клеток, что может быть использовано для экспресс-диагностики их функционального состояния.
Глифовый подход к веб-рендерингу геофизических полей в геоинформационных системах
Г.Р. Воробьева, А.В. Воробьев, Г.О. Орлов
Принято: 2025-04-29
Аннотация
Одной из значительных проблем визуализации геофизических полей является невозможность их единовременного представления интегрированным пространственным слоем с учетом комплексного характера анализируемых при этом параметров. В настоящее время обозначенная задача визуализации решается декомпозицией комплекса параметров на отдельные составляющие с последующим рендерингом пространственных слоев, не связанных друг с другом ни визуально, ни логически. В результате важная для исследования или принятия решений информация теряется из-за чрезмерной перегруженности геопространственного изображения.
В работе предлагается подход к визуализации многокомпонентных геофизических полей на основе графических примитивов, именуемых тензорными глифами и объединяемых в единый пространственный слой для представления нескольких компонент геофизического поля. Каждое отдельное изображение представляет собой суперэллипс, составленный из распределенных по осям и масштабированных согласно анализируемым величинам эллипсов, точки пересечения которых между собой и с осями дают опорные точки, соединенные с помощью кривых Ламе.
На примере параметров геомагнитного поля рассматривается работоспособность и наглядность предложенного решения. Дополнительно выполняется анализ метрик производительности его веб-реализации, что позволяет оценить качество соответствующих решений.
Pressure-gradient method for the visualization of a wave attractor
Stepan Elistratov
Принято: 2025-04-13
Аннотация
A wave attractor, a phenomenon of self-focusing of internal/inertial waves on a closed trajectory, has recently been widely studied from different viewpoints. How-ever, there is a lack of investigations concerning its visualization. Peculiar set-ups lately studied show that conventional methods need some improvement.
Herewith, in gas dynamics, the Schlieren method, based on the density gradient, is widely used. Concerning incompressible flows, it is inapplicable; however, pressure can be considered instead density. In this work, a pressure gradient is used as a way to visualize an attractor.
Определение адиабатной температуры стенки в высокоскоростных потоках газа с использованием тепловизионной съемки
Н.С. Маластовский, Н.А. Киселёв, А.Г. Здитовец, А.Ю. Виноградов
Принято: 2025-03-21
Аннотация
В работе представлен способ бесконтактного определения адиабатной температуры стенки в высокоскоростных потоках газа. Он основан на обработке последовательности термограмм, полученной тепловизором, в разработанной программе на языке Python 3.10. Данный способ показал высокую эффективность при работе с большими массивами опытных данных с точки зрения минимизации временных и вычислительных затрат. Адиабатная температура стенки определялась как на стационарном режиме течения непосредственно в эксперименте, так и на нестационарном режиме - с помощью экстраполяции зависимости плотности теплового потока от текущей температуры исследуемой теплообменной поверхности. Продемонстрирована эффективность такого подхода при исследовании безмашинного энергоразделения в сжимаемых газовых потоках.
Трехмерные изображения полей остаточных деформаций, полученные методом вейвлет-преобразования
И.В. Лактионов, Е.В. Гладких, А.П. Федоткин, Г.Х. Султанова, А.С. Усеинов
Принято: 2025-03-21
Аннотация
Точность определения значений твердости по методу Виккерса зависит от сфокусированности изображения как при автоматизированном определении длин диагоналей остаточного отпечатка, так и при работе оператора. В данной работе предлагается альтернативный широко распространенным алгоритмам, основанным на подстройке яркости и контрастности, подход к разработке системы фокусировки микроскопа, используемой при разметке отпечатков после индентирования. Рассмотрены алгоритмы на основе дисперсии, функции Лапласа и функции вейвлет-преобразования. Подобраны оптимальные значения базиса и глубины преобразования при использовании вейвлет-преобразования. В качестве исследуемых материалов были взяты образцы со слабой контрастностью, с шероховатой поверхностью, а также материалы, на которых образуются валы в процессе индентирования. Применение различных функций фокусировки в зависимости от положения микроскопа на различных образцах демонстрирует более стабильную результативность алгоритма с вейвлет-преобразованием. В данной работе также было показано построение полностью сфокусированного кадра и построение псевдотрехмерной карты образца.
Применение матриц Адамара в однопиксельной визуализации
Д.В. Сыч
Принято: 2024-08-13
Аннотация
Однопиксельная визуализация — новый метод вычислительной визуализации, позволяющий получать изображения объектов с использованием фотодетектора, не имеющего пространственного разрешения. Объект в таком методе освещается светом, имеющим специальную пространственно-временную структуру, — световыми паттернами, а однопиксельный фотодетектор измеряет общее количество отраженного от объекта света. Возможность получения изображения и его качество тесно связаны со свойствами применяемых паттернов и вычислительными алгоритмами. В данной работе мы рассматриваем паттерны, полученные из модифицированных матриц Адамара, и изучаем особенности вычисления изображений методом однопиксельной визуализации с их использованием. Мы показываем возможность уменьшения как времени сэмплирования, так и вычислительных ресурсов, требуемых для получения изображений, за счет модификаций системы паттернов. Предложенный теоретический метод может быть использован при практической реализации метода однопиксельной визуализации в эксперименте.
|
|
|
