先进分布仿真技术的发展与应用

先进分布仿真技术在军用、民用复杂系统仿真需求的推动下, 取得了迅速发展和良好的应用效果。文中阐述先进分布仿真技术的主要应用领域,重点分析其在大规模联合作战仿真和虚拟采办的研究进展情况,并归纳总结了在相关领域先进分布仿真的关键技术。在上述基础上,以实验室在综合自然环境仿真与可视化、虚拟样机建模与仿真一体化环境、攻防对抗与计算机兵力仿真方面的研究情况为例,介绍了国内研究情况。最后,对先进分布仿真技术的发展及研究策略进行了展望。     

虚拟座舱系统中精确和谐的空间感研究

在以“人”的感受为核心的VR应用系统中,空间一致感是实现高度“沉浸感”的基本核心要素之一。以虚拟飞行座舱系统为例,着重讨论在基于头盔显示器(HMD)的高沉浸感VR系统中,使用者在进行场景漫游和虚拟操作时的空间一致性及和谐感受的问题。通过实验和理论分析相结合的方法,详细分析影响用户空间一致感受各环节的变换原理,分析误差影响,然后针对不同类型和不同来源的误差提出了相应的校准和补偿的方法。由于该系统的典型性,得出的结论和方法在VR系统中具有很强的普遍性。     

基于数据手套的逼真虚拟手的实现

在基于头盔、数据手套的虚拟现实系统中虚拟手的实现效果十分重要,传统的虚拟手模型将手掌和各手指分割为多个刚体,当虚拟手运动时在刚体连接处产生重叠或裂缝,严重影响了沉浸感。在此根据虚拟手的运动特点对其进行整体建模,并快捷地对数据手套采集的原始关节数据进行校正,在可编程图形硬件上利用顶点混合算法将校正后的数据作用于虚拟手模型来产生皮肤变形,在满足实时性的同时提供了逼真的视觉效果。最后还通过搭建实验系统验证了所述方法的可行性。     

基于可编程图形处理器的实时景深模拟

一幅具有景深效果的图，其显著特征是图像部分清晰部分模糊。基于这一特点，在景深的计算机仿真中，首先由计算机对三维场景成像，并将该场景存储为纹理，此纹理为清晰的场景纹理。成像时通过顶点编程，于α通道中存储了物体距离聚焦面的深度信息。然后对场景纹理进行多次均值滤波生成模糊的场景纹理，最后以清晰场景纹理的α值为插值系数将两幅纹理进行融合而模拟出景深效果。算法充分利用了图形处理器（GPU）的多纹理技术和可编程性，将运算从CPU转移至GPU，很好地仿真了景深效果，且满足实时性要求，可应用于虚拟现实系统。     

基于可编程GPU的红外场景仿真实现

针对以前红外仿真方法细节差、实时性不高等技术难点,提出了一种新的红外物理模型实现方法。该方法将物理信息与物体的几何模型顶点绑定,提高了对红外场景的描述细节。该方法对物理模型的计算在CPU与GPU之间进行了分配,充分利用了可编程GPU的强大运算能力,有效提高了红外场景生成的实时性。讨论了几种典型探测器效应的添加方法。使用仿真图像来说明所提出方法的有效性,同时分析了该方法的优缺点。     

基于数据手套的虚拟操作技术研究

介绍了虚拟操作的概念和应用前景，以及实现虚拟操作的方法，并探讨了利用动力学分析的方法实现基于数据手套的虚拟操作时的关键技术问题，碰撞检疫算法，建立虚拟接触力模型，虚拟物体运动解算等。     

虚拟现实系统中的可见光成像仿真

对虚拟现实系统来说，画面的逼真程度是其能否为使用者提供良好沉浸感的关键。传统的计算机小孔成像模型因缺乏必要的深度信息，不能满足医学、军事等领域的仿真需求。结合真实透镜成像系统的光学原理，对原有计算机戍像模型进行了一定的补充和修改，提出透镜戍像系统数学模型，并具体解释了如何将透镜系统中的焦距、光圈、弥散圈、景深等概念映射到计算机戍像过程当中。随着科学技术不断发展，可编程图形硬件的出现使得大量的图形计算从CPU转移至GPU成为可能。介绍了一种对透镜成像系统数学模型的实现方法，它充分利用图形处理器（GPU）的多纹理技术和可编程性，不仅获得更真实的图像效果，且满足实时性要求，可以在虚拟现实系统中应用。     

基于灵巧手的空间遥操作仿真系统

针对空间遥操作普遍存在的通讯大延时问题,采用3D图形预测显示的方法,建立了基于灵巧手的遥操作仿真系统.操作人员借助数据手套,直接控制虚拟场景中的图形灵巧手来完成作业,图形灵巧手对操作者的输入指令即时响应,远程灵巧手的动作是经过一定时延迟后图形灵巧手运动的再现,从而有效地避开底层通讯时延的影响.首先介绍了系统框架,然后详细介绍了虚拟环境的建模,包括三维实体建模和运动学建模,重点讨论了人手到灵巧手的运动映射,并对空间通讯延迟进行了教学仿真,最后通过仿真对系统进行了验证.     

具有动态编辑功能的视景仿真平台的开发

在一般的视景仿真应用中,通常只是对特定模型在给定场景下的仿真,显得过于单一性和针对性。随着视景仿真的迅速发展,视景仿真平台的开发过程要不断面向多用户的多需求,以往的技术会加大开发成本。为了方便快捷对仿真任务进行开发,利用VegaPrime和OpenFlightAPI对模型进行实时在线编辑,对仿真任务的细节进行编辑,并将编辑后的模型直接用于仿真任务,设计一种面向多用户的视景仿真平台系统。此平台综合运用了视景仿真、数据库、网络传输、多通道显示拼接等多种技术,具有一定的通用性,简化了仿真任务的设计过程,很大程度上提高了仿真任务设计的效率。     

摄像机的计算机仿真研究

本文通过对计算机小孔成像技术及其不足之处的分析,提出并改进了基于摄像机真实物理模型成像过程的仿真技术。进而就摄像机的计算机仿真理论技术进行分析,结合虚拟现实技术特别是计算机成像技术和数字图像处理技术应用于摄像机仿真的技术,并提出改进方法以提高实时性能。最后给出了实时仿真方案。结果表明可以达到实时仿真目的。