三维地形数据的简化和空间分析的研究

全球地形场景的建模是一个极富有挑战性的课题。地形动态简化是构建三维地形场景和虚拟现实的重要内容,基于视相关的地形裁剪技术是动态简化庞大地形数据的重要方法。本文根据地球椭球的特性,提出了在当前LOD层次下,实时裁剪视景体中的地形数据的算法。精确拾取地形点的三维大地坐标是进行正确的三维空间分析和查询操作的基础,也是3DGIS研究中的一个难点;而可视性分析是三维空间分析的重要研究内容。本文给出了这些的问题的算法。实验证明,这些算法具有较好的实用性。     

复杂场景中海量外存地形模型的实时绘制算法

针对地形相关复杂三维场景应用需求,提出一种海量地形外存实时绘制算法,该方法使用离散细节层次技术并结合视点相关动态连续细节层次选择.基于元网格连通边权值简化地表模型,并基于Hausdorff距离进行视点无关批LOD误差控制.提出一种海量数据实时调度方法,通过分层增量控制,两级数据预取和改进的快速视锥裁减实现了对外存数据的动态装载与调度.实验表明,该算法处理海量地形数据时占用较低系统资源,从而能够在复杂场景环境下进行快速实时绘制.     

飞行仿真器联网仿真视景图像抖动研究

在联网飞行模拟训练中，飞机在编队或对抗中在观察邻近飞机时，被观察的实体在视景系统中会出现抖动现象，严重影响虚拟环境的沉浸感和仿真可信度。研究了抖动现象的产生原因和基本解决方法。指出帧不同步和相邻实体视点坐标转换是产生抖动的原因，结合了帧同步和平滑算法，并将算法和软件实现应用在某型飞行仿真器联网系统中。工程应用结果证明算法能有效地消除临近物体视景图像抖动问题。     

基于区块自适应网格的全球地形快速绘制算法

在基于球面剖分的全球地形数据组织模型基础上,实现了一种视点相关的全球地形数据快速调度与可视化的算法。提出了一种基于区块纹理分辨率的自适应目标层次模型提取方法,能够快速准确地得到视点相关的正确细节模型,且算法的时间空间复杂度与全球地形模型的数据量无关。进而通过利用区块结构的一致性进行高效的外存数据调度,尽可能地减少了系统I/O带来的性能瓶颈,在实现数据重利用的同时很好地管理了内存消耗。实验表明,基于该算法可以实现全球地形的高效绘制,并且对硬件配置要求很低,具有很好的实用性。     

工程机械虚拟训练动态地形仿真

针对工程机械虚拟训练系统中场景建模问题,提出了用于工程机械土方作业仿真的动态地形高度场实时变化仿真方法和基于样图合成的动态子纹理生成算法.运行结果具有较好的沉浸感和实时性,证明本方法较好地解决了工程机械土方作业仿真中动态地形仿真这一关键问题,具有一定应用价值.     

视点相关的大规模地形内外存调度算法的研究

针对大规模地形难以一次性导入内存建模,提出了适用于内外存调度的上层四叉树下层二叉树的双层结构.通过对三角形二叉树剖分算法的改进,避免了双层地形之间的裂缝问题;对上层四叉树,通过构建饱和四叉树包围球判断可见,性,减少了三角形冗余;使用循环二维数组结构存储数据缓冲区和视点关注区数据,实现对预加载数据的实时调度,提高了地形绘制的速度.实验表明该方法在大规模地形中,实现了视点漫游场景时平滑无缝地过渡.     

大规模VRML虚拟场景的快速浏览算法

对大规模VRML虚拟场景的优化方法进行了深入讨论,提出了一种简单的大规模VRML虚拟场景模型的快速浏览算法。通过建筑物位置和浏览者当前视点位置的判断,动态地调入和调出相关建筑物模型,仅仅将浏览者可见的视觉圆域内的建筑物调入VRML浏览器。该方法简单易行,不仅可以明显地提高大规模VRML虚拟场景的动态绘制速度,同时又大大地减少了浏览器对虚拟场景的下载时间。     

虚拟作战系统中场景生成与显示关键技术研究与实现

三维场景生成与显示是虚拟作战系统中的重要组成部分。在一个演示虚拟战场同时观众参与战斗的系统中，设计开发了基于微机的分布式虚拟作战系统，建立一个具有宽视场和大范围动态变化的虚拟战场环境，可逼真地实现人机交互的作战过程。系统研究开发过程中解决了若干技术问题：如画面拼接技术，画面同步技术，视点规划技术，负载平衡，仿真实体时空一致性等。     

Vega下带碰撞检测响应视点方式的开发

为满足用户浏览场景时自由控制视点的需要,同时实现视点避碰的功能,剖析了Vega环境中视点的工作原理,介绍了用户自定义运动模式视点的工作流程,开发了具有碰撞检测、能做出正确响应、可键盘控制功能的视点方式,提出了可行的碰撞响应策略。在导弹拦截系统的仿真应用中,该视点方式灵活易用、可操作性好,提高了用户浏览场景时的灵活性,大大增强了用户浏览场景时的真实感和沉浸感。     

三峡库区洪水演进三维可视化仿真研究

介绍了三峡库区洪水演进三维可视化仿真系统的开发.探讨了基于高精度、大范围DEM数据的断面控制点提取方法,采用网格逼近的方法生成了三维河道地形,与大尺度流域三维场景形成嵌套结构;在与一维水动力学模型集成的基础上,提出了基于断面的河道边界搜索算法,采用动态纹理技术和纹理坐标求解实现了大范围水面动态模拟;开发了三维场景中手动和自动漫游方式,实时信息查询以及淹没过程分析模块.所研制的系统使流域洪水演进模拟具有真实自然的可视化效果,可有效地模拟流域洪水的三维演进过程.     

Rotary unmanned aerial vehicles path planning in rough terrain based on multi-objective particle swarm optimization

This paper presents a path planning approach for rotary unmanned aerial vehicles(R-UAVs)in a known static rough terrain environment.This approach aims to find collision-free and feasible paths with minimum altitude,length and angle variable rate.First,a three-dimensional(3D)modeling method is proposed to reduce the computation burden of the dynamic models of R-UAVs.Considering the length,height and tuning angle of a path,the path planning of R-UAVs is described as a tri-objective optimization problem.Then,an improved multi-objective particle swarm optimization algorithm is developed.To render the algorithm more effective in dealing with this problem,a vibration function is introduced into the collided solutions to improve the algorithm efficiency.Meanwhile,the selection of the global best position is taken into account by the reference point method.Finally,the experimental environment is built with the help of the Google map and the 3D terrain generator World Machine.Experimental results under two different rough terrains from Guilin and Lanzhou of China demonstrate the capabilities of the proposed algorithm in finding Pareto optimal paths.     

分布式虚拟环境中的综合地面环境研究

详细阐述了分布式虚拟环境中综合地面环境研究的各个方面。首先介绍了采用多种地理数据生成综合地面环境数据库的过程 ;然后提出了一种大规模三维地形环境管理方法和一种通用的实时调度算法 ;最后给出了一种支持动态地形环境一致性的动态地形环境体系结构     

面向虚拟矿山的复杂异构地形网格渐变仿真

针对虚拟矿山动态仿真中地形网格具有规模大、结构复杂和变化前后拓扑异构等特点,实现了一种边界一致的快速异构网格渐变仿真方法。首先将大地形网格划分为静态区和动态区,对变化前后的动态区网格进行双向插值,实现顶点对应和拓扑重构;然后利用k-d树等结构建立动态区顶点和三角形网格的空间索引关系,实现对地形网格变化区域的快速查找和更新;最后根据地形网格特征自动计算符合实际生产工艺的渐变推进方向。通过实验表明,该方法在效率和逼真度方面均能满足虚拟矿山动态可视化仿真需求,可以较好地完成复杂地形网格渐变模拟过程。     

战场视景实时仿真技术

从大比例尺地形、动态地形、地形的快速生成、海浪及舰船(含水陆坦克)尾迹、动态特殊效果等方面分析了战场视景仿真存在的困难,并总结了目前解决这些困难所采取的技术措施。     

考虑同时取送货需求带模糊容量限制的在线设施动态选址问题

共享环境下配送设施作为在线资源，其空闲容量受线下负荷影响而呈现动态可得性与波动模糊性.同时，在线资源的引入也使得城市配送中的设施选址问题由单周期决策模型转变为多周期动态决策.为此，本文构建了考虑同时取送货需求带模糊容量约束的在线设施动态选址模型，改进了五角模糊数隶属度函数用以表示模糊容量约束.在此基础上，将禁忌搜索与自适应大规模邻域搜索算法相结合，提出了邻域生成算子和新解接受准则改进方案.最后，算例结果表明该改进方案能有效提升算法全局搜索能力，降低企业在线设施动态选址成本.     

一种新的地景模型简化与快速绘制方法

地景模型是一类重要模型。它可以广泛应用在航空，航天与军事指挥等领域，但由于其数据量极大，如何实现快速绘制是一个难题，本文在分析地景模型数据特点的基础上，提出了地景模型简化的判决准则，并根据该准则提出了基于视点与图像分辨率的区域数据抽取与网格重构方法，以及基于法矢量（梯度）的模型简化及其LOD层次表示，最后进行了实验验证，结果表明，该方法数据压缩量大，绘制速度快，且逼真度无明显变化。     

地形遮挡对GNSS干扰范围影响的高效仿真算法

在卫星导航对抗效能的仿真中,真实地理环境的地形遮挡对全球导航卫星系统(global navigtion satellite system, GNSS)干扰源干扰范围影响的仿真计算是个重要问题。通常情况下,地形遮挡对GNSS干扰范围影响的计算通过基于视线可视域分析的算法得到,但该方法存在大量冗余计算。为了减少计算量,提出一种基于参考面可视域分析的GNSS干扰范围高效仿真计算方法,利用干扰源与目标点附近可视高程值对应的辅助格网点建立参考面,通过目标点实际高程值与参考面映射高程值判断目标点的受干扰情况,避免了目标点与干扰源视线方向上多个采样点的插值计算。仿真分析表明,当待分析区域半径约为145 290 m时,该算法与传统基于视线可视域分析的GNSS干扰范围仿真计算方法相比, Matlab耗时大幅减少了97.38%,但结果差异并不明显,仅为0.94%。因此,所提方法可以高效、准确地计算出地形影响下GNSS干扰范围,为干扰源优化部署、战场环境仿真分析等提供理论指导。     

地形遮挡对GNSS干扰范围影响的高效仿真算法

在卫星导航对抗效能的仿真中,真实地理环境的地形遮挡对全球导航卫星系统(global navigtion satellite system, GNSS)干扰源干扰范围影响的仿真计算是个重要问题。通常情况下,地形遮挡对GNSS干扰范围影响的计算通过基于视线可视域分析的算法得到,但该方法存在大量冗余计算。为了减少计算量,提出一种基于参考面可视域分析的GNSS干扰范围高效仿真计算方法,利用干扰源与目标点附近可视高程值对应的辅助格网点建立参考面,通过目标点实际高程值与参考面映射高程值判断目标点的受干扰情况,避免了目标点与干扰源视线方向上多个采样点的插值计算。仿真分析表明,当待分析区域半径约为145 290 m时,该算法与传统基于视线可视域分析的GNSS干扰范围仿真计算方法相比, Matlab耗时大幅减少了97.38%,但结果差异并不明显，仅为0.94%。因此,所提方法可以高效、准确地计算出地形影响下GNSS干扰范围,为干扰源优化部署、战场环境仿真分析等提供理论指导。     

用虚拟现实技术研究月球探测中的开拓性问题

提出了采用月球探测车探测月球的总体构想 ,其特点是将虚拟现实技术引入其中。着重讨论了运用虚拟现实技术进行月球探测车地面模拟和仿真的方法 ,对月球探测车虚拟环境系统的生成、虚拟月球地形地貌的创建、虚拟月球探测车、动力学仿真、建模与仿真的校核、验证和确认进行了论述。为了验证提出的月球探测车地面模拟与仿真虚拟现实技术方法的可行性和有效性 ,已经建立了虚拟月球环境的平台 ,设计了虚拟月球探测车模型 ,基本解决了月球环境下的动力学仿真问题     

基于动态进化算法的多阶段备件供应优化决策

由于实际备件保障工作中备件需求以间歇性需求为主,备件供应通常为多阶段的动态优化。针对以上问题,构建了多阶段备件供应数学模型。为求解动态优化模型,提出了一种元启发式动态进化算法。首先,在经典差分进化算法中增加了环境变化检测算子和环境变化响应策略,使得差分进化算法能够解决环境变化的动态优化问题。其次,提出了自适应莱维飞行策略,使得算法在环境发生变化时仍能保持良好的全局搜索能力和局部寻优能力。算例表明,所提出的动态自适应差分算法能够求得模型的最优可行解,且算法的分布性和收敛性均得到了很大的提升。