基于VR的航空发动机虚拟教学实验系统设计

通过航空发动机虚拟教学实验系统的建设,将VR(Virtual Reality)技术中的三维立体仿真建模、三维场景管理、基于数据手套与碰撞检测的人机交互式虚拟装配、基于立体眼睛与头盔的立体显示等技术进行了一次综合的实验探索,是将VR综合技术与实验课堂教学相结合的一个尝试.重点论述了系统开发中模型建造的几何建模和实例化、视点控制、虚拟手建模及数据手套交互、立体显示技术等.该系统通过对某航空发动机提供虚拟装配及拆卸、模化教学实验、模型流场的动态显示及发动机试车等实验系统,将学生的视、听积极性充分调动起来,使学生可获得身临其境的感受和体会.     

三维裂纹扩展仿真

提出了一个基于有限元方法的自动三维裂纹扩展仿真系统模型。利用有限元计算的结果来自动更新裂纹前沿的尺寸和几何形状,并使用节点移动法来模拟裂纹的扩展过程。在扩展过程中将物体分成全局模型和局部模型,并仅对局部模型进行网格重划分,从而减少计算量。实验结果表明,本系统能够模拟沿任意路径的三维裂纹扩展过程。     

CAD系统中几何变动的建模与仿真研究

研究了三维CAD系统中几何变动的零件层建模和装配层仿真。首先，提出了变动几何约束概念和分类，研究了几何变动的定性和定量表示和建模；然后，研究了基于变动几何约束网络及其运动学模型的几何变动仿真方法，包括完全约束仿真方法和可装配性仿真方法；最后，给出了几何变动建模和仿真的总体框架和系统实现，并通过实例分析验证了方法的有效性。     

基于图像的直接视觉伺服控制器设计与仿真

对于手眼机器人视觉伺服,考虑机器人的运动学及动力学特性,在物体的深度未知及机器人的基坐标系与物体的坐标系之间的相似变换矩阵未定标的情况下,设计了直接视觉伺服控制器,利用自适应算法对深度及上述相似变换矩阵的参数进行在线估计,实现了基于图像误差的定位控制,在系统的工作空间范围内,闭环系统是渐近可稳定的。该方法不需要物体的几何模型及深度的精确值,仿真结果验证了其有效性。     

图形学中的破碎模拟动画研究进展

作为一种常见物理现象,物体破碎的模拟在三维游戏、电影工业及虚拟现实等领域起着非常重要的作用。目前,破碎模拟动画的建模手段主要可分为基于物理的建模和基于几何的建模两类。从这两个方面全面系统阐述了图形学领域破碎模拟动画的研究现状,讨论和分析了这两种方法的优缺点,并对进一步的研究方向提出了看法。     

像素建模——一种实体建模方法

提出了一种新的建模思想和方法,采用几何信息和直接用像素绘制外观相结合的方法去描述一个物体。这种方法初步把基于图像方法的真实感和几何方法的空间感结合起来,产生了一种物体建模方法的新思路。本文只是提出并进行初步探讨,其中的很多理论问题和关键技术还有待深入研究。     

基于立体视觉的测量技术

基于立体视觉的基本理论 ,提出了一种获得运动物体的相对位置、相对姿态等运动参数信息的方法 ,建立了数学模型 ,给出了计算机仿真结果。结果表明 ,该测量方法具有较高的测量精度。并在此基础上设计了一套基于高速信号处理器TMS32 0C6X的立体视觉测量系统 ,在航空、航天器的运动分析 ,机器人导航 ,生产自动化等领域具有广泛的应用前景。     

机器人视觉伺服控制半物理仿真系统的研制

为了模拟机器人在自由运动的工作状态,验证实际物理手眼视觉伺服控制算法的效果,在4台PC机的基础上,用三维图形库OpenGL开发了仿真应用软件,组建了机器人视觉伺服控制半物理仿真系统。该仿真系统利用计算机三维图形学、机器人运动学和动力学、视觉测量以及视觉伺服控制等技术,成功仿真了在空间自由运动状态中,机器人对目标物体的捕获。     

柔性制造仿真系统中机器三维可视化建模

采用面向对象的分析方法，针对制造系统虚拟仿真动态建模的实际需求，通过对三维可视化仿真建模技术的研究。提出了柔性制造系统中机器仿真建模的三个层次。即几何建模，运动建模和仿真建模，并重点描述了机器几何模型中节点的层次结构和运动模型的动画实现方法等关键技术，最后给出了机器仿真模型在离散事件仿真中的基本处理算法。     

面向室外自然环境的移动机器人视觉仿真系统

基于视觉传感器的道路跟踪、导航是移动机器人自主行驶的重要组成部分。主要是对二维视觉传感器CCD彩色摄像机、三维视觉传感器激光雷达、以及立体视觉进行了仿真。通过设定OpenGL中基于针孔摄像机模型视锥的各项参数、截取并保存屏幕象素来实现摄像机仿真;利用射线跟踪的方法进行激光雷达的仿真;通过提取地形数据的方法进行立体视觉的仿真。该仿真系统能够比较真实的反映移动机器人在行进过程中的传感器数据获取情况,利用该系统可以很好的为以后的模块如融合和规划提供仿真实验数据。     

三维粒子测速系统中遗传匹配法的设计

提出了基于遗传算法的三维粒子图像匹配方法及实际中的优化设计。该方法以视差为编码、结合SSD(sum of square difference)与SAD(sum of absolute difference)法对结果进行评估,并通过单点、多点的双交叉、变异与序列的混沌化处理达到对分析空间的搜索;最后,局部处理结合全局唯一性迭代检测进一步增加了匹配结果的可信度。利用优化前后所提算法对空间粒子图进行了对比及误差分析。结果表明:所提算法适用于粒子测速系统的立体匹配,能够给出较准确的视差信息。     

双目视觉在粒子图像测量中的研究

针对粒子测速系统中空间点立体匹配难、空间信息难以表示的问题,构建了基于双目视觉的三维粒子测速一般模型。模型中提出并采用了分层提取的逐层相关法:即先对三维空间进行二维切分,然后结合粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术与粒子追踪测速(particle tracking velocimetry,PTV)技术对不同帧的二维粒子层面进行相关处理并求出粒子运动矢量。最后平面校正实验、空间切片重构实验以及人工合成粒子图的测速试验均证明了该方法的可靠性,使用该方法可以较精确的得到可测范围内空间任意点的矢量场。     

Wavelet-Based Mixed-Resolution Coding Approach Incorporating with SPT for the Stereo Image

ELECTRONICS TECHNOLOGY1. INTroDUCTIONThe human brain can process subtle differences between the images that are presented to the left and right eyesto perceive a three-dimensional (3-D) outside world. This ability is called stereo vision. A stereoscopic systemmay be used to stimulate the stereo vision ability edificially. A stereo pair, a pair of images of the same sceneacquired from two different perspectives, is presented to the observers so that the right image is seen by theri…     

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC＋＋构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。     

船体结构虚拟设计平台的实现

通过研究船体结构产品模型的特点并结合现代造船模式，提出了基于面向对象、模块化的船舶数字化模型的建立方法．结合三维造型软件开发了船体结构虚拟设计平台，提供了从船体曲面建立、船体结构建模到结构装配仿真的基本操作与运算，将程序的集中控制能力、数据库的集成管理能力和三维虚拟设计相结合，实现了船舶初步设计阶段数据产品模型的信息化集成设计与管理。     

基于三维模型的多传感车辆定位与识别研究

车辆的定位与识别是智能车研究的重要环节。针对二维算法及单传感的不足,提出了一种基于三维模型的多传感车辆定位与识别算法。定位系统中,通过将雷达的位置估计和图像的灰度信息进行融合来获得位移参数,并将改进的Hausdorff距离和模拟退火算法相结合得到旋转参数。在此基础上,识别系统计算每个模型与目标车辆的匹配值,根据其在采样时段内的平均值确定车辆类型。实验证明,该方法能有效地实现目标车辆的定位和识别。     

多通道SAR-GMTI二维间歇采样延时转发干扰

为充分降低合成孔径雷达地面动目标显示(synthetic aperture radar-ground moving target indication, SAR-GMTI)对地面重要运动目标的威胁,本文在SAR间歇采样转发干扰技术基础上,针对多通道SAR-GMTI提出了二维间歇采样慢时间延时转发干扰方法。该方法利用二维间歇采样实现干扰信号的二维频谱周期性拓展,从而生成无法被SAR-GMTI完全对消的假目标群,并进一步提出采用慢时间延时转发来实现对假目标群方位向位移的控制。在此基础上,针对SAR-GMTI的对消特性给出了多组延时转发干扰应用模型。理论分析和仿真实验表明:该方法可对多通道SAR-GMTI产生二维假目标群,且假目标幅度受正弦调制函数的影响出现增强和削弱,多组延时转发干扰方法可以实现增强区与削弱区互补,从而形成分布更密集、覆盖范围更广的二维多假目标干扰效果。     

基于STK的信息作战态势三维可视化表现方法研究

为增强信息作战态势表现的精确性与透明性,提出了基于STK的信息作战态势三维可视化表现方法及其原型系统实现的技术方法。在介绍STK软件的相关概念基础上,针对信息作战态势三维可视化表现系统构建需求,提出了系统基本组成结构,并从STK三维场景文件高效率生成、与信息作战态势二维可视化表现系统的同步、大规模三维场景实时渲染效率等方面对系统涉及的关键技术进行了探讨,最后以某信息作战武器装备体系对抗仿真应用中信息作战三维态势可视化表现系统为例对该方法进行了验证,表明该方法的可行性。

Abstract：

For improving the precision and clarity of exhibition of information operation situation, the method of 3-D visualization based on STK was given. Based on the introduction of characteristic and function of STK, aiming at the requirement to build the system of 3-D visualization in exhibition of information operation situation, the architecture of 3-D exhibition system was put forward. In order to design and realize the 3-D exhibition system, key techniques were analyzed, including how to load a STK scenario efficiently, how to synchronize the 3-D exhibition system of information operation situation with the 2-D exhibition system of information operation situation, and how to render the large scale scenario in real time. Finally, the solution was applied to an exhibition system of information operation situation of weapon system-of-systems combat simulation to illustrate that the method could be used.     

基于多种软件平台的卫星动力学仿真研究

卫星工具包STK(SatelliteToolKit)只能对自身的模块化方案进行验证和演示。引入了三维建模技术和可视化技术,并基于STK和Matlab的无缝连接,研究建立卫星动力学仿真系统。该仿真系统采用建模软件LightWave建立卫星三维模型,利用STK/Matlab模块提供的接口功能,开发新的轨道与姿态控制模块,为用户定制的轨道与姿态控制方案提供仿真、验证和演示。     

虚拟场景全景立体画面生成与视口渲染算法

为克服地图投影的不均匀采样问题和非球面投影的冗余存储问题,利用球面斐波那契点阵对虚拟场景的可视球形区域采样,生成低冗余、高质量的球面斐波那契点阵全景图;以全景相机拍摄模型为基础,提出球面全景立体画面的左右眼相机光线方向生成算法;借助斐波那契网格局部坐标为球面全景图的光源可见性图自适应滤波,绘制带有近似软影的球面全景图;利用最邻近插值方法,完成全景图的视口渲染。实验结果表明：该算法的视口渲染帧率能达到90帧/s,能够保证流畅、高质量的VR体验。