基于粒子系统的导弹尾焰和尾迹的实时模拟

导弹飞行尾焰和尾迹的模拟效果极大地影响飞行类视景仿真的真实感和用户的沉浸感.基于粒子系统的原理,首先,分析了导弹尾焰和尾迹的运动模型:其次,采用了一种新的三元十字交叉粒子系统模型并简化了数学计算模型;另外,还结合纹理映射、公告板技术和其它计算机图形技术,对导弹尾焰和尾迹进行了同时模拟.仿真效果逼真且满足系统实时性的要求.     

航天视景仿真特殊效果图形生成技术

深入分析了航天视景仿真中火、云、烟、雾霾等特殊效果图形生成三种通用的方法；纹理映射、粒子系统、分形图像生成，并对其进行详细的比较分析，此外还进一步介绍了纹理映射中采用的Billboarding和体绘制技术。     

导弹预警卫星目标识别算法研究

针对导弹预警与攻防对抗中的导弹目标识别问题,提出了一种导弹预警卫星地面应用系统中对导弹目标进行识别的新算法。该算法提出用导弹发射点位置、导弹尾焰红外特征和导弹关机点特征量作为导弹目标识别的特征量,用模糊隶属度加权求和方式进行信息融合,根据融合和最大融合量的阈值判决确定导弹的类型、国别。仿真实验证明了该算法的有效性。     

一种基于per-pixel光照的高质量体绘制算法

分析讨论了一种基于per-pixel光照的高质量纹理映射体绘制算法。可以精确地对任意的动态点光源进行光照计算,这主要归功于在光照计算中采用了归一化的梯度,以及在每个像素上计算光照强度。同时,还提出了一种新技术通过对梯度的实时计算来有效的减少在传统基于纹理映射的体绘制中巨大的内存消耗,使得大规模体数据的实时绘制成为可能。充分利用了目前PC图形硬件成熟的可编程特性,特别是fragmentprogram,可以快速的载入体数据,得到可交互的绘制。最后对医学体数据进行绘制,得到了较为理想的结果。     

航海模拟器中海面溢油的三维可视化研究

对短时问尺度内的点源瞬时溢油进行研究,将溢油过程分为油膜自身扩展和油膜漂移、扩散两个阶段,分别用椭圆模型和油粒子模型计算溢油的轨迹.采用基于海浪谱的快速傅立叶变换方法绘制大规模海面.利用粒子系统方法实现油粒子模型.提出利用平面反射技术实现海面溢油的三维可视化,即将溢油平面轨迹渲染为纹理图,再将纹理图通过反射技术映射到海面上.提出的方法已成功应用在航海模拟器的溢油事故模拟中.     

一种应用面积等比约束的半球面纹理映射算法

球面或半球面是两步纹理映射算法中使用较多的一种中介面。两步法中的球面纹理映射算法一般通过立体投影来实现，不可避免产生较大的纹理形变。本文首先对传统基于立体投影的球面(半球面)纹理映射算法及其不足之处进行分析，并在此基础上提出一种半球面纹理映射新算法。该算法用映射纹理区在纹理平面和半球面上的对应面积比为约束务件，显著提高了纹理映射质量。文章通过理论分析和实验对新算法与传统算法进行比较，表明新算法具有其优势，并给出几个应用新算法的两步纹理映射产生的实例，显示出本文算法对减少映射纹理变形所起的作用。     

基于法向映射的复杂模型的实时绘制技术

为了达到绘制实时，通过用简化的、带有法向映射的三角形模型来逼近原始复杂模型是一种非常有效的方法。算法针对地形模型和一般的三角形网格模型，提出了不同的法向映射的构造方法。这些方法能充分利用现今图形卡的加速功能来快速地生成法向映射纹理。对于已生成的带有法向映射的简化模型，算法给出了两种实时绘制技术，一种方法是适用于一般图形卡，另一种是适用于具有硬件加速的像素渲染功能的图形卡。实验结果显示，算法能在保持较高的绘制帧率的同时保留与原始模型相近的细节。     

Vega中云的仿真方法

比较了飞行视景仿真中几种常用的云模拟方法，分析了Windows平台上Vega中仿真天空和云的局限，提出了一种在Vega中基于非物理模型的模拟方法。该方法采用粒子系统实现，粒子为带纹理的多边形，并使用分段抛物线与随机量的叠加作为粒子运动方程。云层由大量粒子系统组成，并采用与视点相关的层次技术对场景中的各个粒子系统的粒子数量进行动态管理以减少计算量。最后给出了在Vega中的实现方法。     

基于曲面纹理映射的图像对象阴影快速生成方法

在虚拟环境中，对象阴影的轮廓与在光源位置对对象的观察视图相同。通过对图像对象的视图载体进行网格化分割，对每个网格点基于光线跟踪算法计算投影点，基于光源位置计算对象阴影轮廓，从而提出了一种三维地形场景中基于曲面纹理映射的图像对象阴影快速生成方法，并对算法的性能进行了分析。实验表明，在动态光照条件下，该方法在增强对象真实感的同时，能够获得较为理想的场景渲染实时性。     

两步纹理映射的改进算法

两步纹理映射方法将映射过程分解为S映射与O映射两步进行。由于传统的S映射算法难以使纹理在中介面上保持连续，真实感效果不能令人满意。将中介面划分为对称的两部分，同时将纹理图案分割为两块，采用面积等出约束的对称映射算法将两块纹理映射到中介面两部分；运用加权插值技术对纹理接缝区域进行平滑处理，实现纹理的无缝拼接，进一步通过O映射，所生成的纹理能够在物体的所有表面都保持连续，具有较小的变形。     

改进的自适应广义预测极点配置加权控制器

预测控制在应用时，一个值得注意的重要问题是如何减小计算量，保证实时性问题，文献[1]的广义预测极点配置加权控制器在这方面已有改进，但仍要在线求解闭环极点方程，计算量仍较大，本文提出用计算量小的递推算法辨识上述方程参数的新方案，同时推广了文献[1][2]有关Diophantine方程的递推算法，应用表明本文方案的有效性。     

一种真实感焰火实时模拟方法及其GPU实现

基于空气动力学和牛顿运动定律研究了焰火的形态建模、物理运动方程及其控制方法,同时分析了基于GPU的粒子系统的运行机制,给出了适用于GPU并行计算的双纹理缓存结构,并在此基础上提出了基于GPU的焰火粒子系统框架,实现了视景仿真应用中真实感焰火的实时模拟。基于GPU的粒子系统充分挖掘了GPU的并行计算能力,实验证明本方法可基于普通PC平台实现焰火运动和形态的实时逼真模拟。     

基于SVM数据融合的实时粒子滤波算法

采用粒子滤波的目标跟踪算法在粒子数目较多时计算量大、实时性差,针对该问题提出了一种新的基于支持向量机数据融合的实时粒子滤波算法。该算法在估计窗实时粒子滤波的基础上,使用支持向量机融合窗内不同时刻粒子集,并根据融合的结果更新粒子权值,实现对目标状态的快速跟踪。相对于原算法采用最小化Kullback-Leibler距离来调整估计窗混合分布的权值,该方法的计算复杂度低、速度快,进一步提高了算法的实时性。对纯角度目标跟踪问题的仿真结果表明了该算法的可行性和有效性。     

数字流域仿真系统中水流模拟技术

水流模拟是数字流域仿真模拟的重点和难点,模拟需求差别很大,不但要模拟水流的自然形态、光影效果,而且要反映水位起伏淹没、流速流态等物理特性。在大型流域实时模拟系统中,需要在计算量和模拟效果两者之间寻求平衡,根据硬件、资料、需求的不同采用不同的模拟方法。总结了数字流域仿真系统中水流模拟的几种常用方法:静态纹理法、纹理变换法、水位与纹理动态变化法、水位波动法、粒子系统;分别阐述了各种方法的实现过程,并结合具体工程实例展示了模拟效果;最后综合讨论了各方法的优缺点及适用范围。     

基于灵敏度分析的系统可靠性稳健分配优化方法

在系统可靠性分配中,考虑单元可靠度的不确定性已是可靠性分配的现实需要.为了提高系统可靠性分配优化的质量,将稳健理论引入可靠性分配中,提出基于单元可靠性灵敏度的系统可靠性稳健分配方法.将单元可靠性灵敏度溶入系统可靠性分配模型之中,建立系统可靠性稳健分配模型.在此基础上,采用粒子群-序列二次规划算法对该模型进行优化设计,该混合算法既保持了粒子群算法全局收敛的特点,又补充了序列二次规划法精确求解的能力,因此该混合算法可以快速获取全局最优解.通过对发动机曲柄连杆机构进行可靠性稳健分配设计,验证了可靠性稳健分配模型的合理性和混合算法的寻优能力.对结果分析表明,所提方法可以较好解决单元可靠度不确定时的可靠性分配问题,混合算法具有较强的全局搜索能力,分配优化结果具有较强的稳健性.     

基于协同memetic PSO算法的传感器目标分配问题求解

传感器目标分配问题是防空系统传感器管理的一项重要研究内容。对面向跟踪的防空系统传感器目标分配问题进行了研究,结合主客观分配原则,利用0-1整数规划模型对问题进行了建模,约束主要考虑传感器的跟踪能力和目标的被执行跟踪容量。构造了一种协同memetic 粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法,分别采用PSO算法和邻域搜索算法作为全局搜索和局部搜索。为了在粒子位置矢量中反映出传感器组合,根据问题设计了一种特殊的粒子编码方法。最后通过仿真实验验证了算法的合理性和有效性。     

合成孔径雷达实时距离徙动校正算法研究

对于合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)信号处理,特别是SAR实时信号处理,徙动校正算法是非常关键的一个步骤。一方面,徙动校正处理算法的性能直接影响最终的成像质量;另一方面徙动校正处理的运算量也关系着整个处理系统的设备量、实时性。给出了目前几种常用的SAR处理算法中距离徙动校正的方法,结合计算机仿真方法,分析了在实时处理环境下各方法的误差性能与运算量,并最终得到结论:对于实时处理,多项式插值方法是较好的选择。     

一种基于顶点纹理的LOD地形渲染算法

Shader Mode 3.0引入的Vertex Shader Fetch是GPU可编程图形渲染技术发展的又一重要进展,基于该技术提出了一种新的地形渲染算法.算法主要特点是将地形高程数据组织成单通道纹理存放于显存,用于支持视点跟随的LOD地形渲染.绘制阶段,CPU端只需输入平坦的嵌套状的网格,GPU端首先根据当前视点参数计算该网格顶点的实际二维位置坐标,使用该坐标从地形纹理中采样出该顶点的高程值,这样平坦网格的顶点获取到实际的三维坐标值,图形渲染管线将继续处理直至输出显示.如此安排绘制流程可以彻底消减CPU计算负载,转而充分运用GPU高数据处理能力和可编程特性.实验表明,使用本算法绘制地形,效果逼真、绘制效率大大高于传统LOD地形绘制算法.     

基于粒子系统的实时雨雪模拟

雨雪效果的模拟可以大大提高飞行模拟器视景的逼真度，粒子系统是模拟雨雪效果的有效方法。在分析粒子系统的基础上，提出了一种模拟雨雪的实时算法。该算法的基本思想是将全部雨雪粒子分布于眼点前的视区内，高效率地利用有限的粒子来渲染场景。通过恰当选择粒子数量和粒子模型，该算法可以生成逼真的视觉效果并满足视景系统实时性的要求。     

机载图像处理引擎实时仿真平台

针对航空电子系统中图像处理模块数字化设计的趋势,建立了一个完整的机载图像处理实时仿真平台。该平台以电子系统级设计（ESL）方法为基础,利用Handel-C语言将视频处理系统中关键算法模块抽象为知识产权核（intellectual property core）,同时进行系统级仿真与验证,并通过FPGA实现。解决了单纯用软件实现算法实时性差、难以协同设计验证的问题。座舱综合显示和视景增强子系统被用来作为案例在该平台上实现,验证了平台仿真的实时性。