《机械优化设计》算法可视化辅助教学系统研究及其应用

成果基本信息
关键词：	机械优化设计;算法可视化;辅助教学系统
成果类别：	应用技术	技术成熟度：	成熟应用阶段
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	新技术
成果登记号：	9412012Y1557	资源采集日期：	2013-02-20

研究情况
单位名称：	河南工业大学	技术水平：	国内领先
评价证书号：	豫科鉴委字[2012]第1145号	评价单位：	河南省科技厅
评价日期：	2012.08.31	评价证书号：	豫科鉴委字[2012]第1145号

转化情况
转让范围：	允许出口	推广形式：	技术服务
已转让企业数（个）：	2

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
本项目成果的应用领域为教育信息化领域。《机械优化设计》是将最优化原理和计算机技术应用于工程设计的一门学科。该课程是机械设计制造及相关专业的重要基础课程之一。该课程的特点是内容理论性较强，涉及数学知识较多，优化算法相对抽象枯燥。本项目针对《机械优化设计》课程教学内容的抽象性难题，研究计算机可视化技术在该课程教学中的应用方法，并开发计算机可视化辅助教学系统。该系统可以动态展现优化算法的运算与收敛过程，进而帮助学生更好的理解算法内容；而且该可视化系统不像教材般的枯燥乏味，能够将学生带入形象生动的动画世界，将极大的吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，对提高教学效果与教学质量具有很大的促进作用。本项目的主要技术研究内容如下： (1)系统柔性体系架构的建立。针对《机械优化设计》算法的特点，提出采用基于迭代函数特征点的算法实现与动画演示分离与交互技术来构建系统的体系结构。该技术利用了模块化设计思想，将算法实现模块与动画演示模块进行分离，加强了系统的柔性。 (2)优化算法数值迭代运算程序的开发。采用VB来编制各种优化算法的数值迭代运算程序。VB程序语言简单，功能强大，界面操作灵活，完全能够用于数值计算程序的设计与开发。 (3)迭代函数特征点参数值的存储技术。针对不同优化算法的原理与特点，分析各优化算法的迭代函数特征点，在迭代运算过程中，为了适应特征点个数不定的特性，采用VB中的动态数组技术进行存储。 (4)算法迭代与收敛过程的可视化动态演示。利用保存的迭代函数特征点参数，再结合求解空间几何描述、算法特征量图像表达、搜索路径实时绘制、迭代与收敛过程动画生成、演示速度控制等方法与技术，就可以根据每个优化算法的特点，动态绘制出该算法每一步迭代的几何图像，再利用动画生成原理，即可生成连续逼真的实时动画。 (5)优化算法动态演示引擎的开发与集成。本项目提出开发一种针对优化算法的动态演示引擎，该引擎包括迭代函数特征点解释器、算法流程调度控制器、特征量几何图像转换器，能够完成各种优化算法可视化演示的内部逻辑交互与控制。 (6)《机械优化设计》算法可视化辅助教学系统的开发。该系统按照演示算法种类的不同，分为一维搜索、无约束优化和约束优化三个大模块，共包括九个小模块（进退法、黄金分割法、二次插值法、坐标轮换法、Powell法、单形替换法、随机方向法、复合形法、惩罚函数法）。每个算法演示模块都包括初始参数设置、迭代特征参数存储与可视化演示等功能。性能指标：研究成果已经达到了下列指标：(1)各算法迭代计算程序实现；(2)关键特征参数存储；(3)求解空间几何描述；(4)算法特征量图像表达；(5)搜索路径实时绘制；(6)迭代与收敛过程动画生成；(7)演示速度控制。与国内外同类技术比较、成果的创造性与先进性：国内外同类技术概况：(1)《机械优化设计》辅助教学技术方面的成果大多是各类多媒体课件和优化计算程序；(2)计算机可视化技术大多应用在《计算机图形学》、《数据结构》等课程中。本项目研究了《机械优化设计》中一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法的算法可视化原理与方法，然后运用编程工具将各优化算法进行实现，设计并开发了《机械优化设计》算法可视化辅助教学系统。该系统不同于普通的多媒体课件，也不同于传统的优化算法程序库，它具有可视性、动态性、人机交互性等特点，是一个具备教学演示、优化计算、动画模拟等多功能的创新型教学软件。

成果名称：	《机械优化设计》算法可视化辅助教学系统研究及其应用	关键词：	机械优化设计;算法可视化;辅助教学系统
成果类别：	应用技术	一级分类名称：	机械制造
二级分类名称：	机械设计	三级分类名称：
研究起止时间：	2010.03 至2012.04	成果体现形式（应用技术类）：	新技术
成果属性：	原始性创新	成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：	成熟应用阶段	技术水平：	国内领先
研究形式：	独立研究	学科分类1：	国家标准GB T13745-92《学科分类与代码》
单位名称：	河南工业大学	学科分类2：
中图分类号1：	中国图书资料分类法（第四版）	所属高新技术类别：	软件
中图分类号2：		课题来源：	自选
应用行业：	制造业	课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：
经费实际投入额（万元）：	2.00	评价单位：	河南省科技厅
评价形式：	鉴定	应用状态：	稳定应用
评价日期：	2012.08.31	转让范围：	允许出口
评价证书号：	豫科鉴委字[2012]第1145号	推荐单位：	河南省教育厅
推广形式：	技术服务	成果登记号：	9412012Y1557
成果简介：	本项目成果的应用领域为教育信息化领域。《机械优化设计》是将最优化原理和计算机技术应用于工程设计的一门学科。该课程是机械设计制造及相关专业的重要基础课程之一。该课程的特点是内容理论性较强，涉及数学知识较多，优化算法相对抽象枯燥。本项目针对《机械优化设计》课程教学内容的抽象性难题，研究计算机可视化技术在该课程教学中的应用方法，并开发计算机可视化辅助教学系统。该系统可以动态展现优化算法的运算与收敛过程，进而帮助学生更好的理解算法内容；而且该可视化系统不像教材般的枯燥乏味，能够将学生带入形象生动的动画世界，将极大的吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，对提高教学效果与教学质量具有很大的促进作用。本项目的主要技术研究内容如下： (1)系统柔性体系架构的建立。针对《机械优化设计》算法的特点，提出采用基于迭代函数特征点的算法实现与动画演示分离与交互技术来构建系统的体系结构。该技术利用了模块化设计思想，将算法实现模块与动画演示模块进行分离，加强了系统的柔性。 (2)优化算法数值迭代运算程序的开发。采用VB来编制各种优化算法的数值迭代运算程序。VB程序语言简单，功能强大，界面操作灵活，完全能够用于数值计算程序的设计与开发。 (3)迭代函数特征点参数值的存储技术。针对不同优化算法的原理与特点，分析各优化算法的迭代函数特征点，在迭代运算过程中，为了适应特征点个数不定的特性，采用VB中的动态数组技术进行存储。 (4)算法迭代与收敛过程的可视化动态演示。利用保存的迭代函数特征点参数，再结合求解空间几何描述、算法特征量图像表达、搜索路径实时绘制、迭代与收敛过程动画生成、演示速度控制等方法与技术，就可以根据每个优化算法的特点，动态绘制出该算法每一步迭代的几何图像，再利用动画生成原理，即可生成连续逼真的实时动画。 (5)优化算法动态演示引擎的开发与集成。本项目提出开发一种针对优化算法的动态演示引擎，该引擎包括迭代函数特征点解释器、算法流程调度控制器、特征量几何图像转换器，能够完成各种优化算法可视化演示的内部逻辑交互与控制。 (6)《机械优化设计》算法可视化辅助教学系统的开发。该系统按照演示算法种类的不同，分为一维搜索、无约束优化和约束优化三个大模块，共包括九个小模块（进退法、黄金分割法、二次插值法、坐标轮换法、Powell法、单形替换法、随机方向法、复合形法、惩罚函数法）。每个算法演示模块都包括初始参数设置、迭代特征参数存储与可视化演示等功能。性能指标：研究成果已经达到了下列指标：(1)各算法迭代计算程序实现；(2)关键特征参数存储；(3)求解空间几何描述；(4)算法特征量图像表达；(5)搜索路径实时绘制；(6)迭代与收敛过程动画生成；(7)演示速度控制。与国内外同类技术比较、成果的创造性与先进性：国内外同类技术概况：(1)《机械优化设计》辅助教学技术方面的成果大多是各类多媒体课件和优化计算程序；(2)计算机可视化技术大多应用在《计算机图形学》、《数据结构》等课程中。本项目研究了《机械优化设计》中一维搜索方法、无约束优化方法和约束优化方法的算法可视化原理与方法，然后运用编程工具将各优化算法进行实现，设计并开发了《机械优化设计》算法可视化辅助教学系统。该系统不同于普通的多媒体课件，也不同于传统的优化算法程序库，它具有可视性、动态性、人机交互性等特点，是一个具备教学演示、优化计算、动画模拟等多功能的创新型教学软件。
联系人：	孙志明	成果登记日期：	2012-09-13
联系人email：	jhk@haut.edu.cn	单位代码：	94100019
邮政编码222：	450001	联系人电话：	0371-67756860
单位传真：	0371-67756667	单位通讯地址：	河南省郑州市高新技术产业开发区莲花街
单位所在省市：	河南省	单位电话：	0371-67756666;67756856
转让收入（万元）：	0	单位属性：	大专院校
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	2
成果发布年份：	2012	知识产权形式：
成果完成人：	武照云;吴立辉;刘楠嶓;张映霞;阮竞兰;李丽;张海红;颜立坤;卢利平;张朝杰;尹冠飞	资源采集日期：	2013-02-20

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