19、实时动态模拟与肌电信号采集系统

实时动态模拟与肌电信号采集系统

1. 实时动态模拟

在实时实现的场景中，选择合适的低级编程语言十分关键。例如，将初始的MATLAB实现转换为C++代码后，运行时间可减少96%。以下是具体的技术考量和实验内容。

1.1 技术考量

• 编程语言选择 ：为实现实时性，应选用合适的低级编程语言，如将MATLAB代码转换为C++代码可显著减少运行时间。
• 并行计算 ：式(14)中矩阵元素的计算相互独立，可采用OpenMP实现并行计算，让代码在共享内存计算机的多核上运行。
• 代码优化 ：使用Gprof工具对模拟运行进行性能分析，找出非最优实现导致的瓶颈并进行修复。例如，移除式(3)中ansatz函数实现里可避免的“if”分支，减少自适应求积实现中的算术运算次数。这些优化可使运行时间减少约2 - 3倍。

1.2 实验

进行了四个模拟实验，前两个展示摩擦和弯曲的影响，后两个将模拟结果与真实实验进行对比，并给出运行时间和可扩展性结果。
- 实验1和2 - 摩擦和弯曲
- 实验1 ：将参数$R_{flex}$、$\rho$和$L$都设为1。一维物体初始水平放置，起点在右侧，在y方向以$\hat{y} = t^2$的加速度加速2秒。设置摩擦系数$\mu$分别为0和1进行两次运行。结果表明，摩擦会阻止物体向右摆动，使其沿着规定轨迹移动。
- 实验2