船舶运动控制虚拟现实交互式仿真系统

提出并生成一种应用虚拟现实技术,可使仿真过程可视化的船舶运动控制交互式仿真系统。它使研究者可以在实验室环境下更好地研究船舶航向,航迹,减摇等船舶运动控制系统,直接获得系统的动态和静态特性,实现实时跟踪和监控船舶运动控制多种算法的可视化仿真过程。     

面向流场可视化的沉浸式虚拟现实交互系统研究

针对基于二维显示交互环境的流场可视化应用由于深度信息不足导致交互效率较低的问题,引入虚拟现实技术,提出具备多样化交互方式的沉浸式流场可视化系统。该系统基于凝视与手势交互技术,设计并实现了基于用户手势的导航方法与三维交互控件,基于用户凝视与手势的沉浸式交互面板,以及基于可视化场景的沉浸式交互管理方法与基于可视化算法树的可视化网络管理方法,对用户交互进行了系统化管理,能够在沉浸式环境提供对典型流场可视化操作的全流程支持。用户实验结果表明：该系统能够在典型流场可视化场景下为用户提供高效、自然的交互。     

地下水系统准三维流场数值模拟与流场宏观调控

郑州市长期过量开采地下水致使地下水位大幅度下降,由此引发了一系列水环境问题：１）区域地下水降落漏斗形成并不断扩展;２）大幅度增加供水难度和费用;３）导致水环境质量恶化;４）诱发地面塌陷和沉降．研究区内地下水系统（＜２５０米）可概化为浅层地下水系统和中深层地下水系统,两者通过弱透水层系统发生水力联系．本项研究根据抽象出的研究区地下水系统概念模型,建立了地下水流场准三维模拟模型．经模型校正和识别后对研究区地下水流场做了数值预报,并基于此提出流场宏观调控技术方案     

基于虚拟现实的船舶轮机仿真训练系统

将虚拟现实技术应用于轮机系统仿真中,建立了"基于虚拟现实的轮机仿真训练系统". 虚拟现实技术是近年来发展起来的一种新的计算机技术,结合了计算机硬件,图形显示,生理学,心理学的最新研究成果.本系统实现了传统船舶轮机仿真系统所无法实现的一些特殊运行情况的模拟,并为训练者提供真实的临场感觉.本文介绍了系统的设计思想、总体结构及系统的组成和特点.     

船舶机舱虚拟现实仿真系统的实现方法

详细介绍了运用MultiGen Creator和Vega等软件实现具有VR特征的船舶机舱虚拟现实仿真系统的方法,其中主要有：利用Creator进行三维建模过程中的场景数据库层次结构技术、实例化技术、外部引用技术、纹理映射技术和实时视景生成技术等;利用Vega实现船舶虚拟机舱的自动漫游和手动漫游方法以及漫游过程中的碰撞检测技术等;首次实现了与船舶轮机模拟器之间通信,实现虚拟机舱与轮机模拟器之间的相互操作,保持虚拟场景中虚拟仪表、虚拟指示灯等部件的状态与船舶轮机模拟器相应部件的状态一致。开发出的船舶机舱虚拟现实仿真系统,建立了逼真的船舶机舱虚拟场景,实现了人在虚拟机舱环境中的漫游,可以对虚拟场景中主要运动部件的驱动,是对现有船舶轮机仿真器有益的补充,有利于提高轮机员培训的教学质量。     

基于虚拟现实的整船仿真训练平台

现行航海类教育模式下学员普遍缺乏对航海知识的总体把握和对船上设备、仪器的操作实践,有必要开发不受时间和场地限制的整船仿真训练平台.基于船舶操纵性分离建模理论建立船舶运动六自由度数学模型;运用柔性物体模拟技术、海浪建模绘制技术以及反向动力学技术实现了船舶场景漫游和船上设备交互;从仿真结果来看,平台运行效率较高,场景沉浸感...     

基于VRML的人脑解剖结构三维可视化

以人脑核磁图像为基础,利用虚拟现实建模语言(VRML)对人体脑部结构进行三维重建,可以对感兴趣的脑结构的空间形状、空间位置有更加直观的了解,并可进行人机交互式的操作,从各个方向、各个角度对之进行交互式观察。原始数据来自MNI(蒙特利尔神经所),共有人脑核磁图像181层,层间距为一毫米。人工提取坐标点数据,共制作了人脑外部轮廓、脑室系统、苍白球、豆状核、丘脑、尾状核等结构的网格状模型和面状模型。     

国产船舶水动力数值软件在工业云平台的实现

研制适应于高性能数值软件部署和用户使用便捷的云平台,对于软件的研发和应用具有重要的工程意义。基于Web工业云平台的高性能计算资源,对国产船舶水动力学数值软件进行大规模高性能测试工作。通过选取典型的带球鼻艏的集装箱船KCS(kriso container ship)计算模型,采用该软件并行求解器模拟实际船型的航行兴波问题,达到与实际船体附近波形基本一致。国产船舶水动力学数值软件在工业云平台上的典型应用场景的成功测试,为研究船舶航行兴波问题提供了有力的自主可控国产工程仿真工具。     

基于聚类融合的三维流线可视化方法

为解决使用聚类方法实现三维流线可视化时,存在特征提取不全面、可视结果破坏流场连续性、聚类簇划分不稳定导致流线代表性差等问题,提出了基于聚类融合的三维流线可视化方法。该方法由特征间距离度量方法和聚类融合方法两部分组成,将特征间距离和空间距离分别作为流线间的相似度进行聚类,对得到的聚类结果进行加权合并后再划分。将该方法在具有多个不同特征的数据集上进行了实验,并与现有方法进行了定性、定量比较。结果表明,与现有方法相比,该方法能够较好地平衡特征提取和流线分布之间的关系,聚类簇划分的稳定性提高了2%～5%,矢量场重构的精度提高了3%～5%。     

水污染扩散模拟三维可视化研究

分析了基于二维图像的水污染模型计算结果可视化不足--脱离地形地貌环境、缺乏空间定位信息,提出基于虚拟现实的水污染扩散模拟三维可视化方法,讨论了数据组织与压缩、仿真模型与可视化一体化集成、查询统计等关键技术,对长江三峡库区万州段污染物迁移转化过程进行了动态模拟.结论表明,该方法形象直观地展现了水污染扩散推进三维效果,为检验污染模型的准确性提供了参考和依据,也为水环境综合整治与管理走向定量化、科学化提供了一种崭新的思路和可靠的技术支持.     

虚拟高坝泄洪挑流运动的建模与实现

以挑流泄洪为例,提出了基于泄洪水力学模型和粒子系统的虚拟泄洪水流运动的建模与实现方法,建立了坎前水舌运动、空中扩散射流、空中水舌碰撞以及水流跌水碰溅的粒子系统模型,实现了泄洪水流运动的场景逼真模拟,为直观分析高坝泄洪雾化问题提供了新的辅助手段。应用实例证明了该方法的有效性。     

通用虚拟现实软件开发平台的研究及其应用

针对快速构建虚拟现实应用系统的需要，开发出全集成化，功能完备且性能先进的通用虚拟现实软件开发平台VRMagic。该平台采用模块化设计，模块之间通过统一的数据结构相互通讯。基于WTK的三维虚拟演播室子系统是该平台的核心模块，它通过解析仿真描述文件产生虚拟场景，具有六自由度漫游、实时交互，实时视频合成与GIF动画等功能，同时支持立体眼镜、V8头盔、CyberGlove数据手套与多种定位与跟踪设备。通过将生物大分干三维结构信息转化为仿真描速文件，可利用访平台实现生物大分于三维空间结构及其动态演化过程的虚拟现实显示。     

基于OpenGL的机器人虚拟漫游系统开发

基于OpenGL图形库具有的强大三维渲染能力，开发了一个机器人虚拟漫游环境，提出了一种基于PC的机器人虚拟漫游框架，重点描述了建立三维场景及漫游系统中观察者与机器人的位置控制方法，实现了观察者与机器人的三种不同相对运动状态。实验结果表明，该系统取得了良好的仿真效果。     

基于虚拟现实的水电工程施工动态可视化仿真研究

针对水利水电工程施工动态仿真的复杂性，基于虚拟现实技术，采用高效的图形渲染引擎，进行物理系统的模拟，展现出具有真实感的可实时交互的虚拟场景，并将系统仿真信息与图形紧密结合起来，为水利水电工程的设计、管理提供一种全新的环境，为决策者提供更科学、直观的依据。     

军用导航系统虚拟样机支撑平台研究

针对军用导航系统虚拟样机研制的具体需求,提出了军用导航系统虚拟样机支撑平台设计的总体思路,详细讨论了该支撑平台的组成、关键模块的实现方法以及基于该平台的军用导航系统开发方法。军用导航系统虚拟样机支撑平台的建立,为军用导航系统研制、开发、使用提供了数字化平台,具有广泛的应用前景。     

9自由度会聚双目立体视觉的虚拟飞行导航

提出了具有9自由度的会聚双目立体视觉模型用于虚拟场景的成像变换，导出了用虚拟场景点的世界坐标和会聚双目立体视觉模型的9自由度变量表示的左、右双目虚拟摄像机的成像公式，求出了9自由度会聚双目立体视觉模型的左、右双目成像的视差与场景点深度信息的关系及相应的计算公式，并将建立的会聚双目立体视觉模型用于CGF飞行武器的导航和躲避障碍物算法。     

地震救援虚拟仿真系统中虚拟手的操作

对虚拟手操作进行了分类,用Creator软件建立了虚拟手几何模型。分析并总结了地震现场救援虚拟仿真系统中虚拟手对救援装备的三种操作方式,即对杆状物的掌抓取、对按钮的指尖推动和对开关(旋钮)的指侧面抓取。在Vega环境下,提出了适合每种基本操作的通用碰撞检测方式和通用的相交矢量放置模式,保证了虚拟手操作的逼真度和实时性,并实现了虚拟手对三种类型救援装备的抓取、移动和释放。虚拟手对三种装备的操作同样适用于其它装备。     

基于光线追踪的实时超声模拟与虚拟现实的集成

为进一步提高超声医师培训效率以及降低培训成本,开发了一种与虚拟现实(VR)环境集成在一起的超声训练系统。将基于光线追踪的超声图像模拟方法整合到虚拟现实环境中,利用沉浸式VR体验进行医学超声培训,并将该方法获得的模拟超声图像与使用基于生成对抗网络(GAN)技术和Field Ⅱ超声模拟器模拟的超声图像进行比较。实验数据表明,本文的超声模拟器在光线数量为256,模型的三角片数量超过200 000的条件下,能够以43帧/s的速度实时生成高质量的模拟超声图像,同时验证了光线追踪结合VR环境进行超声模拟是可行的。