基于CenterNet的多教师联合知识蒸馏

介绍了一种基于轻量化CenterNet的多教师联合知识蒸馏方案。所提方案能有效解决模型轻量化带来的性能恶化问题,可以显著缩小教师模型和学生模型之间的性能差距。将大规模复杂模型作为教师模型,指导训练轻量化学生模型。相比于模型的传统训练方案,使用所提知识蒸馏训练方案可以在相同的训练轮数后使轻量化模型达到更优的检测性能。主要贡献是提出了适用于CenterNet目标检测网络的新型知识蒸馏训练方案——多教师联合知识蒸馏。在后续实验中,进一步引入了蒸馏注意力机制,从而优化了多教师联合知识蒸馏的训练效果。在VOC2007数据集(Visual Object Classes 2007 Dataset)上,以MobileNetV2轻量化网络作为主干网络为例,相较于传统的CenterNet(主干网络为ResNet50),所提方案在参数量指标上压缩了74.7%,推理速度提升了70.5%,在平均精度上只有1.99的降低,取得了更好的“性能-速度”平衡。实验证明,同样经过100轮训练,使用多教师联合知识蒸馏训练方案的轻量化模型相较于普通训练方案,平均精度提升了11.30。     

侧扫声纳检测沉船目标的轻量化DETR-YOLO法

基于YOLOv5算法的侧扫声纳海底沉船目标检测方法虽然在检测精度和速度上取得了不错的成绩, 但是如何在复杂海洋噪声背景下进一步提高小目标检测的准确性、降低重叠目标漏警和虚警率的同时实现模型的轻量化是一个亟需解决的课题。为此, 本文创新融合DETR(end-to-end object detection with transformers)与YOLOv5结构, 提出了基于DETR-YOLO模型的轻量化侧扫声纳沉船目标检测模型。首先, 加入多尺度特征复融合模块, 提高小目标检测能力。然后, 融入注意力机制SENet(squeeze-and-excitation networks), 强化对重要通道特征的敏感性。最后, 采用加权融合框(weighted boxes fusion, WBF)策略, 提升检测框的定位精度和置信度。实验结果表明, 本文模型在测试集AP_0.5和AP_0.5∶0.95值分别达到84.5%和57.7%, 较Transformer和YOLOv5a模型大幅度提高, 以较小的效率损失和权重增加为代价取得了更高的检测精度, 在提升全场景理解能力和小尺度重叠目标处理能力的同时满足轻量化工程部署需求。     

基于树型空间的三维树木模型匹配

为解决三维树木模型的检索具有正确率低、检索效率低、描述不匹配等问题,提出一种基于树型空间的三维树木模型匹配方法。该方法通过构建三维树木模型数据集的树型空间,辅以主轴匹配,轮廓匹配,枝干匹配等方式,经过树型空间中欧氏距离和测地线度量差异值,逐步匹配到相应的三维树木模型,该方法分别在通用模型数据集和自我设计的模型数据集进行了匹配性实现,结果表明可以较大幅度提升树木模型匹配的准确率,利于三维树木模型的大规模检索和重用。     

复杂产品三维模型轻量化服务构建技术

提出了一种复杂产品三维模型轻量化服务构建方法。采用一种改进模型数据导出与空间索引生成方法,能够在模型轻量化过程中保留复杂产品模型装配树与标注信息;设计并实现了基于面片密度的自适应面片简化算法,能够在满足误差要求的条件下对几何模型面片进行自适应简化;并通过采用一种具有较高的压缩比和压缩效率的模型数据压缩算法,减小复杂产品模型的存储空间占用。设计并实现一种模型轻量化服务的B/S部署架构,能够借助高性能计算资源,提高多用户并发场景下复杂产品模型轻量化效率。     

基于HPal信息熵融合的三维模型检索方法

为了弥补单种特征提取算法描述模型特征的不足,提出基于HPal信息熵的三维模型多特征动态融合检索算法。针对给定的查询模型,利用各特征集上的检索结果列表动态计算各特征相对应的HPal信息熵,基于HPal信息熵确定融合权值,然后通过距离加权计算模型之间的相似度。与融合中最好单特征集相比,该方法的检索准确率明显提高,并且实验结果也表明该方法比其他3种流行的算法更为有效地提高了检索效果。     

针对面片的Reeb图骨架抽取算法

骨架是三维模型几何形状的表示方式之一。它保存了模型的拓扑特性,有着广泛的应用前景。提出了一种基于面片采用Reeb图对多边形网格模型进行骨架抽取的算法。通过对模型进行一定的预处理保证面片的规则,定义面片间距离计算方法,创建模型的对偶图,识别连通分量,在连通分量上应用Reeb图的计算思想抽取原模型的骨架。试验表明,该算法具有较好的计算效果和效率,最终的骨架保存了模型的拓扑连通性以及姿态,可用于基于内容的三维模型检索时的特征描述符。     

点簇聚合的目标顶点的优化

研究了点簇聚合的目标顶点位置的计算问题。当计算过程中得到的目标顶点不在小单元之内,或者虽然在小单元之内,但目标顶点的位置不能唯一确定时,则将求解目标顶点的问题转化为求解带约束的二次优化问题。此二次优化问题的解既能保证目标顶点位于小单元之内,在位置上又最接近该点簇的重心。实验结果表明,该算法的时间效率类似于Lindstrom的算法,但在简化质量上要优于后者。     

基于体积分布特征匹配的三维实体网格模型检索

在分析三维网格数据结构的基础上,提出一种基于特定轴向上体积分布特征的三维网格模型检索方法。该方法首先运用主元分析法确定模型的主轴方向,并将模型旋转至特定势态,再以一组等距的平行平面从三个主轴方向对模型进行剖分处理,并计算相应截面多边形的面积,进而得到模型沿不同轴向的体积分布数据,该数据描述了三维模型的几何特征。通过对模型体积分布特征数据进行建库和匹配,可计算出任意两个模型的相似性度量,从而实现了三维网格模型的数据库检索。实验表明,该方法程序运行稳定、快速,可以处理具有任意几何和拓扑复杂性的实体模型。     

基于框图建模的表现模型研究

讨论了表现模型的概念和构成，以及它与可视化模型和仿真模型的关系。在此基础上，以交战级仿真应用为背景，设计和实现了基于框图建模方法的表现模块库。用户可以根据需要，通过选取相应的功能模块，订购相应的仿真模型数据，建立表现模块之间的输入输出关系，和设置表现模块的功能参数来快速构建三维表现模型。该表现模型将仿真模型和仿真表现分离，在仿真演示上具有灵活、通用的特点。     

基于全息地图的机器人与操作手同步路径规划

针对机器人行走路径规划与机械手操作路径规划之间缺乏同步性,提出了一种机器人与机械手同步路径规划方法,使机器人在路径规划时不仅可以实现行走路径规划,还实现了对操作路径的规划。首先,借鉴人对空间规划的思想,设计了实现机器人与机械手同步规划的总体思路,并且给出了其涉及的两个新概念,分别为物品点和二维物品操作点;其次,设定了同步规划模型,利用转换矩阵将其同化为机器人路径点模型;最后,将机器人路径点模型分裂为二维行走路径规划模型和三维路径规划模型,并据此同步的规划行走路径和操作路径。在家庭环境下,家庭服务机器人基于全息地图利用该方法实现了机器人行走与机械手操作之间的同步性,同时也可以生成合理的行走路径和操作路径。     

基于子块的三维模型检索算法

针对三维模型检索性能较低的问题,提出一种基于子块的三维模型检索算法。首先,对经过预处理的模型进行骨架提取,并记录每个骨架点相应的几何和拓扑结构信息;然后,将骨架划分成多个子块,为每个子块定义一个权值因子;最后,通过比较子块的相似度来计算模型整体的相似度。实验表明,该算法可以得到较好的检索性能。     

一种大规模草地的建模与实时绘制技术

大规模草地的建模与实时绘制技术是三维场景可视化的重要组成部分，通过利用草丛模型构建草地，提出基于四叉树的草地模型表示方法，该模型表示方法能大幅度的降低草地模型的复杂度和数据量；同时，基于此模型，在实时绘制时以草丛为单位，利用两草丛间的距离在屏幕上的投影对草地模型进行动态简化，从而大幅度的减少所需绘制的多边形数量，提高草地的实时绘制速度。     

计算机三维电磁辐射场的可视化研究

本文对计算机信息电磁辐射模型计算及实测产生的３Ｄ数据集进行可视化处理，生成其矢量场的可视化图象，有助于人们理解与分析辐射场的分布情况，发现通常通过数值信息发现不了的现象，帮助人们摆脱直接面对大量抽象数字组合成的复杂形态，而很难发现其内在本质的局面，提高研究水平与效率。     

基于本体语义分析的三维文物模型检索

随着互联网和计算机图形图像技术的迅猛发展,以三维模型为主要展现方式的多媒体资源数量呈现井喷式的增长,这不仅归因于三维模型具有更丰富的展现力,同时还弥补了图像和视频等多媒体资源在信息共享、存储、展示等多方面的不足。针对文物数字化保护领域中三维模型海量增长所带来的模型管理和检索等问题,提出了基于本体语义分析的三维文物模型快速检索方法。首先,对三维文物模型进行分类,构建针对文物领域的本体,建立模型的属性信息以及构建文物分类概念之间的关系;其次,根据本体之间的属性关系,建立该领域的相关推理规则,形成文物保护领域的语义网络;再次,利用本体语义信息以及本体之间的关联关系,生成本体信息之间的语义推理系统;最后,基于上述工作基础完成文物三维模型的快速、准确检索。实验结果表明,该方法在检索结果的查准率和查全率方面较传统检索方法达到了更好的效果。     

基于能量算子的三维空间实体LOD建模方法

为解决当前多层次细节(LOD)建模方法没有将简化和细分相统一,而造成细节层次模型特征表现不够丰富问题.将能量算子用于三维空间实体模型简化与细分,提出了基于能量算子的三维空间实体LOD建模方法.该方法主要包括3个步骤:模型能量算子计算、基于能量算子的模型简化和细分.实验表明,该方法能够生成细节层次较为丰富的模型,并具有良...     

三维地质模拟中不确定性分析方法

三维地质模拟中的不确定性问题直接影响模型精度、空间数据分析和应用效果。通过分析三维地质模拟各个环节中存在的不确定性问题,建立了基于不确定性的三维地质模拟流程,并提出误差检测与分析校正的有效方法。以矿区复杂的地质构造断层建模为例,研究了逻辑不一致性、数据不完整性以及构造特征推演等问题,并对断层模型误差与评价进行了初步分析。实验证明,所提出的方法能够减少不确定性的传播,提高模型的精度和质量。     

基于图切割的快速运动分割方法

基于图切割的图像分割是近几年发展的一项新技术,但随着图像大小及空间维数的增加,图切割的运算量成为负担。针对运动分割提出了一种快速图切割方法,利用运动分割的特点将差分图像中不变的背景映射为一点或几点,然后参与网络图的构造和图切割的求解,以减少图切割运算量。通过实验将这种快速方法应用于2D图切割和3D图切割,对图像序列的运动目标分别进行了自动分割。实验结果表明,这种快速图切割方法不仅大大地降低了存储消耗,提高了运算速度,而且也获得了良好的分割结果。结果证明这种方法在运动目标的分割中是行之有效的。     

基于CAD数据的3D场景建模及演示技术研究

传统的几何建模方法建模过程复杂，真实感差。提出了一种基于CAD数据的场景建模方法，使用已有的CAD数据构建场景的三维模型和二维电子地图，具有建模速度快而准确的优点；研究了多维信息综合演示系统的开发方法及关键技术，并基于MFC和OpenGVS开发了一个多维信息综合演示系统，实现了二维GIS、三维场景以及音频、视频、图片、文本等多媒体信息的集成，使用户漫游时可以在2D地图及3D场景之间平滑切换，避免漫游时迷失方向。研究成果可应用于城市仿真、奥运场馆等的场景建模及演示。     

港航设计论证中的三维视景建模技术

船舶操纵模拟器已经广泛应用于港航设计论证中,针对通航评估模拟对三维视景系统的要求,提出了一套有效的三维视景建模流程,特别是研究了自然景物、岸上建筑、助航标志和水上船舶的数据库建模技术,对电子海图数据、数字高程模型(DEM)数据和工程设计数据进行有效处理以确保三维视景模型的精确度。介绍了整个数据库的融合技术,从而构建高逼真度的虚拟航海环境。采用面向对象与层次型相结合的三维数据结构建立视景数据库模型,利用层次细节(LOD)和动态物标数据管理技术提高视景显示的速度和灵活性。这套技术已经成功应用于10多项港航设计论证项目的实际研究中,取得了较好的效果。