基于粒子系统的实时瀑布模拟

提出以线元为基本造型单位并基于动力学原理模拟瀑布的运动轨迹，结合层次包围盒和聚类树技术加速粒子的碰撞检测，并采用逐渐淡化融合的方法模拟水花的消失过程。实验证明该算法模拟瀑布的运动和外观效果真实，在普通的PC平台上利用标准图形系统即可获得实时的绘制速度。     

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。     

虚拟海洋环境中潜艇六自由度运动的视景仿真

利用虚拟现实技术对潜艇的六自由度模型进行视景仿真,可以实时的对潜艇运动模型的运动效果进行修正,对于潜艇航行训练模拟器的研究及虚拟海战场的实现具有重大的意义。对潜艇的运动模型进行了合理的简化,确立了设计模型,然后利用多边形建模软件Creator及视景驱动软件Vega建立虚拟海洋地理环境及潜艇的几何模型,并在API应用程序中对潜艇的六自由度运动进行实时控制。设计结果表明本仿真系统很好的模拟了潜艇的运动情况,在开展实艇的虚拟训练、应急操纵等方面有广阔的应用前景。     

基于Internet的大规模城市建筑三维场景可视化研究

城市场景的构建是数字城市的基础.在互联网上实现大规模城市建筑物场景实时绘制,受到带宽瓶颈及三维可视化海量数据吞吐量的限制.通过分析其特点后,设计了适合网络传输的三维模型数据结构和充分考虑可视化效率的系统服务架构,提出了完全层次四叉树与集合的混合结构的数据组织模型,分析和论证了构建模型依据和方法.然后,讨论了建筑物场景的调度策略和方案.开发了虚拟地球平台GeoGlobe并运用于两个应用系统.实验和应用结果表明,能在普通PC机上实现大规模建筑物场景的流畅调度、实时浏览,可视化效果和用户体验好.     

一种支持雷达P显仿真的实时坐标变换策略

在光栅扫描显示器上模拟传统PPI雷达显示器，不可避免地会遇到直角坐标与极坐标转换的问题，而雷达回波信号从极坐标到直角坐标的变换是决定系统性能的关键。针对传统坐标变换存在的坐标变换后极坐标与直角坐标之间不能一一对应以及运算速度过慢的问题，本文讨论了将光栅扫描显示器屏幕点阵赋予各种属性，并将这些属性依据极坐标的特性进行排序的实现，进而设计了一种快速的查表映射方法。采用该映射方法，在普通的PC机上即可完成实时坐标变换及对回波采样数据的进一步处理。     

基于流体模型和GPU加速的火焰实时仿真

针对目前基于物理模型模拟火焰的计算量大、复杂度高,很难进行实时模拟的问题,提出了一种基于流体模型和GPU加速的火焰实时模拟方法,该方法根据火焰的不可压缩、低密度、无粘性等特点,通过流体方程计算火焰的物理属性,并将其求解过程在GPU中并行加速,从而大幅度提高了算法的运算速度,实现了火焰的实时模拟,并取得了较真实的模拟效果。     

基于Creator的飞行视景三维模型数据库优化技术

根据飞行视景仿真中三维建模的特点和要求,利用Creator强大的可视化建模功能和模型数据库优化技术,从调整模型数据库层级结构、减少模型复杂度和减小模型文件尺寸等几个方面着手,创建飞行视景仿真中所必需的飞机/导弹、座舱仪表和地形等典型对象的三维模型,在模型的复杂度和逼真度之间进行平衡,通过某飞行模拟训练系统软件开发中三维模型优化前后运行性能参数的对比,表明了优化建模的必要性和该建模技术在普通PC平台上支持飞行视景实时仿真的可行性.     

支持并行渲染的虚拟现实开发平台

高性能3D图形卡的发展使得基于PC集群的高分辨率沉浸式虚拟现实(VR)环境开始普及.通过对OpenGL渲染流水线的并行性分析和研究,提出并实现了一个并行虚拟现实开发平台(PVRDP)体系结构,并对平台的关键实现技术,如分布式场景树管理、负载平衡、离屏渲染、渲染资源管理等进行了研究,该平台基于普通PC集群和千兆局域网实现了海量多边形模型的实时并行渲染、输出图像的融合与校正处理.应用表明,PVRDP能够显著降低各类虚拟现实应用系统的开发复杂度,可支持低成本、高性能的沉浸式VR环境.     

交互式飞行视景仿真系统的设计与实现

基于六自由度运动模型,提出了Vega环境中飞行运动的数学表示及其C 语言描述方法,构建了通用的基于C /Vega的交互式飞行视景仿真系统的驱动程序流程和模块化功能结构,并基于MFC构架利用Vega的实时仿真驱动开发了交互式的实时飞行视景仿真系统。该系统可与控制主机、光电跟踪设备一起形成控制闭环,模拟飞机对运动目标的跟踪过程,并将相应的飞行参数以仪表的显示方式输出,辅助用户测试和评估光电跟踪设备的性能。     

高动态飞行器姿态解算及三维视景仿真研究

建立了高动态飞行器姿态解算的数学模型,探讨了利用等效旋转矢量法解算姿态角的方法,并与四元数法进行了比较。建立了飞行器、地形、地物的三维模型,利用计算出来的数据进行飞行器的实时三维视景仿真模拟。三维视景仿真对直接观察、验证高动态飞行器的运动变化规律提供了极大的便利。     

基于MATLAB的卫星姿态控制半物理实时仿真平台

介绍了利用MATLAB的实时工具箱RTW和xPC Target，建立包括一台宿主机和两台目标机的卫星姿态控制系统半物理实时仿真平台的方法。系统仿真结果表明实时仿真结果与数学仿真结果基本一致，仿真系统实时性符合要求。该平台不但适用于系统的全数字实时仿真，扩展相应的硬件后还可用于卫星姿态控制系统的半物理实时仿真。     

基于海浪谱的随机海浪仿真及验证

将VV＆A技术引入了海浪仿真研究。首先比较了线性叠加法和线性滤波法并对其仿真结果进行了校核，然后验证了仿真结果，并讨论了谱窗估计和最大熵谱估计两种方法在海浪谱仿真验证中的可用性，最后通过在PC机和工作站上的大量仿真试验分析了海浪视景实时仿真相匹配的网格、频率等参数的选择对帧时间的影响。研究表明上述结果在海浪仿真、验证和视景生成方面具有参考应用价值。     

基于海量空间数据的实时地形视景仿真算法研究

随着数字地球和数字城市概念的提出，建立海量空间数据的实时地形视景仿真系统受到了越来越多的关注。建立了多分辨率空间数据的四叉树结构模型，提出了基于屏幕分割的LOD数据装载算法和基于相同地理空间大小的LOD数据分割方法，实现了任意方向和分辨率数据块之间的无缝拼接，融合了视相关和地表特征的地形简化方法，同时综合运用了可视区数据的各种预处理手段，提出了可视区数据小号更新算法．通过原型系统开冀。在微机平台上地形绘制速度可达每秒25帧.     

基于模糊推理的人工鱼嗅觉感知研究

“人工鱼”利用人工生命方法实现计算机动画。为了丰富人工鱼的感知能力，提高对自然鱼的逼真动画效果，文章在分析“自然鱼”嗅觉机制、参考“机器鱼”感知系统的基础上，研究并实现了人工鱼的虚拟嗅觉感知．首先在人工鱼体系结构基础上建立了人工鱼嗅觉感知模型，并仿照生物嗅觉形成机理设计了三层嗅觉识别模型，采用基于主成分分析的模糊推理方法实现了嗅觉感知．经动画仿真，得到满意结果。嗅觉感知的研究和实现为人工鱼多感知融合系统提供了基础，也可为机器鱼嗅觉研究提供软件仿真平台。     

HLA架构下数值仿真与视景仿真集成方法的研究

以国产CZ系列运载火箭为研究对象,开发了基于HLA体系架构的全数字飞行仿真系统.通过建立运载火箭控制系统的数值仿真模型,围绕"模型实时驱动"这一核心功能设计了运载火箭全数字飞行仿真系统的框架结构并对其实现方法进行了描述,开发了Matlab-RTI中间件和OGRE- RTI适配器,较好地解决了数值仿真与视景仿真在HLA体系中的集成并保证了系统的实时性.应用集成方法完成的火箭飞行仿真系统已应用于西昌卫星发射中心的测发训练中,取得了较好的应用效果.     

软件锁相环并行化方法研究

为了提高软件锁相环的运行效率,根据虚拟无线电系统中数据块式的传输模式,提出了一种基于数据冗余的软件锁相环并行化设计方法。该方法克服了由于并行数据的非连续性对软件锁相环性能的影响;充分利用了计算机系统的并行处理性能。详细论述了该方法的实现原理,从加速比、并行效率方面分析了该方法的实时性。仿真结果表明并行化的软件锁相环同单环具有相同的跟踪精度与动态性能,并在计算机平台上通过对实际信号的解调,验证了该方法的实时性。     

一种加速复杂场景绘制的可见性判断算法

论文研究了基于微机平台的复杂场景实时生成的关键技术,采用面向对象技术构造了虚拟场景的树型层次组织,提出了基于三维地形的场景空间层次包围盒构造方法,基于空间层次包围盒进行快速可见性预判断和LOD层次计算,实现了一个基于微机平台的复杂场景实时生成系统,并应用于虚拟战场的实时仿真。     

虚拟维修中的虚拟人移动仿真

虚拟维修是近年来提出的一个新概念,并在维修性分析、维修训练等领域得到广泛的应用。为了解决维修过程仿真中的维修人员仿真问题,提出了一个分阶段的虚拟人移动仿真方法,采用随机运动规划方法生成虚拟人躯干及头部的无碰撞路径,利用运动捕获数据和运动变形来实现对四肢运动的仿真。在运动规划中引入了姿态转移图的概念,实现了虚拟人移动过程中多种姿势之间的自然转化。采用基于运动变形的方法消除了虚拟人上肢和环境中其他物体的碰撞现象,提高了仿真真实性。

Abstract：

Virtual maintenance is a new concept introduced in the last few years,and has been broadly used in maintainability analysis and maintenance training.In order to solve the virtual human simulation in maintenance process simulation,a multi-stage virtual human locomotion simulation method was proposed.The free collision path of virtual human torso and head was planned by a probabilistic motion planner.And the motion of arms and legs was simulated using motion captured data and motion warping.A new concept of pose transition graph was introduced in order to implement natural pose transition in locomotion simulation.In motion optimization,a method based on motion warping was proposed to avoid the possible collision between virtual human arms and other objects in the environment.     

基于复包络的目标回波信号高效仿真方法

目标回波信号是水声探测系统主要的信息来源。在水声对抗仿真系统中，目标回波信号的仿真逼真性和数据量又是制约仿真实时性的关键问题。因此，在仿真中有必要建立一种高效的目标回波仿真模型，既要真实仿真出实际系统中目标回波信号的特征，又要满足仿真实时性的要求。针对这一问题，提出了一种基于复包络的目标回波信号高效仿真方法，它以窄带信号的复包络为基础，综合了实际系统中多普勒频移和频率补偿的影响，更加符合实际目标回波的特征，且实时性好。该方法具有采样频率低，仿真数据量小的优点，能够满足仿真系统逼真性和实时性的要求，并已用于研制成功的水声对抗试验仿真系统，证明了该方法的正确性和有效性。