基于X3D的仿真可视化支撑服务研究与实现

X3D集成XML,Java以及流媒体技术支持基于Web的三维可视化建模和渲染,是当前Web3D的标准.网格技术是一种新兴的Internet计算模式,通过构造动态的虚拟组织实现计算资源的共享与协作.本文将X3D技术与网格技术、J2EE技术相结合,构建基于Web的仿真可视化支撑环境体系结构和相应的可视化支撑服务,实现广域网内基于浏览器访问、共享和组装多种武器、地形、特效的三维模型,快速定制和构建三维可视化应用,构造虚拟仿真环境.对仿真可视化支撑环境体系结构及服务实现的关键技术进行了详细的介绍.     

虚拟现实模型语言在Web仿真中的应用

介绍了虚拟现实模型语言（VRML），VRML编程以及它的Web仿真中的应用，并分析了它未来的发展前景。VRML不仅为实现Internet上动态的、交互的三维场景提供了标准的、合适的、平台无关的描述方法，它和Java语言的集成，为实现交互的3D图形、强大的编程能力、VRML与数据库交互、实时性、多线程和网络访问等提供了可能。这些技术，正广泛地应用于Web仿真中。     

SOC光刻仿真3D实时显示方法研究

光刻仿真是SOC(System On Chip)光刻工艺的重要环节,为了实现仿真数据3D可视化,在光刻仿真程序SPLAT(Simulation of Projection Lens Aberrations via TCCs)基础上,提出了自动排序算法对SPLAT输出数据进行重新排列以便三维建模,建立了光照强度与深度转换模型,将光照强度数值转变为3D可视化的深度数据,论文最后设计了3D实时图形仿真程序并进行了实验。实验证明了自动排序算法以及转换模型的正确性和先进性,为超大规模SOC数据的3D交互式实时显示奠定了基础。     

基于VRML的交互式三维地形生成技术的研究

讨论了交互式生成3D地形的应用背景和必需解决的技术问题。着重分析了地形数据点的三维拾取,实现了在三维场景中通过鼠标点击修改地形高程值。以此为基础,设计并实现了一个基于VRML的交互式三维地形生成系统。用户可以在缺少实测数据的情况下,根据系统提供的各种交互工具快速方便地生成与自己观察或印象相符的三维地形。在房地产广告、军用沙盘、旅游景点展示、工程招投标等方面有广泛的应用价值。     

双臂移动机器人的图形化编程与仿真控制系统

介绍一种双臂移动机器人的图形化编程与仿真控制系统。用户通过图形编程界面对机器人编程和任务规划，在三维仿真环境中预宽和分析规划结果，最后将优化程序下载到真实机器人中进行控制。采用Java3D和VRML实现三维仿真；基于RT-Linux平台保证仿真控制的实时性；实现了多机器人机制以支持机器人的流水线协作。该系统现在支持日本安川电机株式会社的双臂移动机器人产品。     

VRML模型创建工具中可视化交互操作的设计和实现

虚拟现实模型语言VRML可用于构建基于Web的虚拟现实,由于直接用传统的文本编辑加浏览器验证的构建方法,未能提供所见即所得的建模手段和可视化的交互操作模式,不便于VRML虚拟场景的创建。鉴于此,在研究VRML现有规范的基础上,用VisualC 6.0作为系统开发平台,用目前通用的3D图形API标准OpenGL实现模型的真实感显示和动态预览,建立了一个VRML模型创建工具,并提供了可视化的交互操作模式,使得用户无须直接接触VRML代码,即可建立基于Web的虚拟场景。     

3DS文件浏览器的设计与实现

根据三维建模中常见的3DS文件格式,设计并实现了一个3DS格式文件的图形浏览器.利用OpenGL的功能,实现了3D模型的浏览、旋转和缩放等显示功能,大大提高了科学计算可视化、虚拟现实和计算机动画中三维模型的表现能力.     

基于Web的作战模拟系统中数据共享方法研究

面向指挥一体化联合作战仿真,根据新一代可扩展建模与仿真框架标准的要求,将Web技术和面向服务的体系架构应用到分布式仿真系统之间的互联互操作已经成为一个新的潮流.首先介绍了传统基于HLA/RTI标准的作战模拟系统中数据共享的方法,分析了其实现的原理.针对其存在的不足提出了一种基于Web的作战模拟系统动态数据共享方法.重点阐述了动态数据共享方法原理,仿真数据代理(Simulation DataAgent,SDA)的结构、SDA的实现方法和主要工作过程等内容.最后给出了一个基于Web的作战模拟系统应用实例,总结了该方法的优点和发展前景.     

网上博览会虚拟场景在线拖建技术研究

在互联网上采用Web3D技术动态构建网页上的虚拟场景,让用户参与场景的搭建,将大大提升网上虚拟展览馆的互动性。以＂2010年中国上海网上世博会＂专项项目为研究背景,引入用户在互联网浏览器的页面上实现拖放场景元素动态搭建三维虚拟场景的方法,重点讨论了Web页面拖放检测技术,将包围盒射线求交法与最近平面坐标系转换法进行结合并应用于Web页面,实现三维对象的拖放和定位,阐述了分布式存储模式下的虚拟元素索引和虚拟场景动态在线构建综合应用的动态生成方法。实验证明该方法简单有效,为Web客户端的三维虚拟场景快速交互构建提供了便捷的方法。

Abstract：

The interaction of the virtual pavilion online is enlarged by means of making Internet visitors participate in the construction of virtual scene and interact with it on web pages,which has been achieved by using the Web3D technology. Under the background of ＂Expo Shanghai Online＂,a method of dragging and dropping elements on web pages which dynamically generate 3D virtual elements online was introduced. The Drag-and-Drop Building technology which was applied on web pages through the combination of Ray-Box Intersection and Coordinates Transfer method based on the nearest plane was mainly discussed as well as the comprehensive application of virtual elements indexing under the distributed storage pattern and dynamic generation of virtual scene on Internet. Tests proof that the method is simple and effective,which provides a convenient way for Web3D clients to interact with the 3D scene rapidly.     

基于CityGML的三维城市模型实时可视化研究

针对CityGML(City Geography Markup Language)城市模型实时可视化问题,提出一种流式读取与数据绑定结合的快速解析办法以及多线程并行处理的数据加载策略,通过将模型数据重新组织成Direct3D网格对象实现了对三维图形的高效渲染。实验部分给出了.Net平台下基于C#与Direct3D的三维可视化结果,证明了方法的有效性。     

基于散射中心关联的三维成像方法

基于目标三维散射中心在雷达视线上的几何投影关系,提出了一种雷达目标散射中心关联和三维成像的新方法,采用随机抽样一致性方法实现了对关联样本有效性的检验以及对各散射中心最优关联方案的选取。仿真实验表明,该算法简单易行,适用于目标散射中心和姿态数目较多的情况,并可以对存在缺失点、虚假点等复杂情况的散射中心进行关联和三维成像,具有较高的鲁棒性。     

高速旋转目标三维成像的新算法

针对高速旋转目标三维成像的问题，提出一种有效的GRT CLEAN方法。该方法首先进行平动补偿,将高速目标的回波信号转换为高速转台模型。然后利用基于旋转散射点各次距离像回波的变化曲线所具有的特征，采用广义Radon变换(generalized Radon transform, GRT)得到目标散射点空间位置的近似估计。最后把该目标参数估计方法与修正的CLEAN技术相结合得到每个散射点的特征估计,并进一步得到目标三维像。理论推导与仿真结果验证了该算法的有效性。     

改进的三维模型检索PCA预处理算法

三维模型检索PCA预处理的主轴不确定性和主轴方向不确定性是影响检索结果的直接因素.经过分析PCA基本原理,在K-L变换所得特征值的基础上,引入表面网格信息权重,将权重和特征向量的乘积用于确定主轴,并利用多重权重来确定主轴方向,从而削弱不确定性.实验表明,经改进提高了坐标轴归一化的一致性.     

多无人机3D侦察路径规划

针对现有路径规划方案忽略侦察区域优先级以及缺乏对侦察区域中新发生事件的跟踪,而导致规划路径不能适应动态环境和无法根据侦察区域重要性来执行优先侦察等问题。首先,提出将侦察区域重要性作为必要优化指标,与无人机能耗和飞行风险值等7个优化指标加权联合,构成路径优化过程中评估生成路径的多目标效用函数,从而使得规划路径可以反映侦察区域优先级特性。然后,提出了基于事件检测的侦察区域重要性值更新机制以提升路径规划方案对动态环境的适应性。最后,采用粒子群算法求解最优路径。仿真结果表明,利用所提路径规划方案生成的侦察路径能最大限度优先覆盖重要侦察区域,并且所提更新机制能够跟踪侦察区域中发生的新事件。     

三维地形建模与可视化研究

针对当前地形三维可视化及其绘制技术的研究现状,在吸取计算机图形学、科学计算可视化、虚拟现实、计算机网络的先进理论和技术成果的基础上,围绕数字地形模型以及基于网络的三维地形可视化等核心技术内容展开研究,提出了建立数字地形模型中不规则三角网(TIN)的改进算法和思路,给出了运用VC 和OpenGL实现的三维真实感地形可视化实验软件。     

机场三维态势呈现中IMMKF平滑ADS-B数据

针对基于广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast, ADS-B)数据进行机场三维态势呈现的应用,研究了在态势显示的第一步,ADS-B数据精度不高、不平滑问题,预处理后数据可以用于后续插值生成高帧率的航迹数据。交互式多模型卡尔曼滤波(interacting multiple model Kalman filter, IMMKF)算法可以较好地解决机场场面运动目标ADS-B轨迹数据的实时平滑问题。首先,根据飞机的真实运动情况建立了飞机的匀加速运动、匀速转弯运动及匀速运动模型,然后利用卡尔曼滤波Singer模型与IMM相结合的IMMKF算法对场面飞机的ADS-B轨迹进行了跟踪滤波,达到目标轨迹光滑的效果。实验结果表明,与多种经典的滤波方法相比, IMMKF方法在保证了光滑性的情况下跟踪失败概率低,可实时计算,精度能满足要求。     

基于VRML的多晶体晶粒三维形貌仿真及可视化研究

根据模拟微观组织的Rappaz连续形核模型和晶粒的细胞生长法,对多晶体凝固过程中晶粒组织进行了三维建模。采用面向对象的计算机仿真技术,完成了晶粒的三维形貌仿真;并将由VC 6.0中生成的仿真结果自动转换为VRML2.0的场景文件;在浏览器中实现了三维仿真结果可视化。在PC机上实验表明,所构建的仿真模型较好地模拟了多晶体的三维形貌;从而为多晶体材料微观组织的研究提供一种三维数字化模型。     

一种采用移动投影条纹模式的三维数据获取方法

物体的三维数据获取是计算机视觉研究的一个重要领域。虽然采用三维测量仪器可以获得高精确度,但是由于获取数据成本相对较高,从而限制了其使用范围。提出一种采用移动投影条纹模式的三维数据获取方法,利用投影仪向物体投射黑色线形条纹,移动并扫描过整个物体,根据条纹在物体上的变形来估计物体的三维形状,最后采用三维过滤器去处噪音。该方法仅使用投影仪和数码相机等设备,实现简单快速,没有人工干预,精度比较高,适用范围广,对于物体表面材质没有限制,可扩展性强。     

基于Radon变换的三维模型检索算法

三维模型特征提取过程中如何减少三维模型信息丢失及提高检索效率是基于函数变换三维模型检索技术中有待解决的关键问题.利用球面上经纬线的交点对三维模型表面采样,在采样点处定义含有模型表面法向量和面积信息的三维模型表示函数,将模型函数进行Radon变换,使用Radon变换后的函数值进行特征匹配,提高了检索性能.