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.     

基于Vega Prime的三维虚拟战场大地形动态生成研究

大地形的三维可视化直接影响虚拟战场的真实感、沉浸感、交互性及作战仿真任务的覆盖率。针对虚拟战场大地形可视化的特点,着重于大规模真实地形实时可视化技术的研究与实现,并以我国西北部某地区的DEM(数字高程模型)数据及其卫星照片作为原始数据,通过设置多层LOD和采用虚拟纹理、网格简化及地形分块技术,采用三维建模软件CTS(Creator Terrain studio)生成了一块400X400km2的大地形,满足了作战仿真对三维虚拟战场的需求。     

基于VoronoiCells插值的三维海底地形图生成方法

水下地形匹配技术是近年来导航技术领域研究的新方向,三维海底数字地形图的制作是海底地形匹配技术的基础。提出一种利用电子海图已有的水深数据生成三维数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)的方法:首先提取电子海图的水深数据,接着通过基于Voronoi多边形的插值算法计算DEM网格节点的高程值,生成规则的DEM网格,最后对生成DEM的三维显示进行了仿真,仿真结果证明该方法是可行的,为海底地形匹配技术的研究提供了前提。     

三维可控真实感地形生成方法研究

提出了一种基于分形布朗运动的形状基本可控的真实感地形的生成方法.根据地形上少量特征点的三维坐标,将地形的整个平面区域划分成几个三角形,然后对每个三角形,利用改进的随机中点位移法进行三维地形数据的细分与迭代生成.并在PC机上用VC 6.0结合OpenGL编程,将生成的三维地形数据转化为具有真实感的可视化图形.模拟实验结果表明所提出的算法可以方便生成具有真实感、可控性的多峰山脉地形、一般平缓地形、以及复杂的组合地形,较好地解决了传统分形布朗运动对生成地形的形状无法预测和控制的问题.     

一种海底地形和海流虚拟生成方法

提出了一种用于AUV视景仿真的海洋环境中海底地形和海流的虚拟实现方法。海底地形不但考虑了离散点电子海图数据，而且也将某些特征数据考虑在内，从而生成相对精度较高的海底地形。海洋中的海流采用两个层次的方法进行模拟：建立海流数据库方法以及水动力软件计算方法。该方法的研究对于AUV自主地形导航技术以及避碰策略等研究具有极为重要的意义，并且上述方法生成的海洋环境已经在AUV数字仿真平台中得到了应用。     

基于分形技术的海洋战场分布式虚拟环境研究

针对分布式虚拟环境中三维模型占用的存储空间较大,不利于网络数据实时更新的问题,提出了利用分形技术生成场景模型的方法,并结合分形算法和 OpenGL 技术建立了一个海洋战场分布式虚拟环境SBDVE.研究了SBDVE中海浪、海底地形、纹理以及海洋植物等三维模型的分形算法及其模型存储格式,并构建了基于XML的分布式三维模型数据.     

基于PC硬件加速的三维数据场直接体可视化

在科学计算可视化中，由于直接体可视化技术能够反映数据场内部的信息，所以它已经成为近年来研究的重点。通过应用三维纹理和可编程显卡的片段着色器（Fragment Shader）技术，在当前主流PC机上，实现了带有完整Phone光照阴影效果的三维数据场直接体可视化。仿真结果表明该方法在医学和军事学的三维数据场可视化中，能够实时生成高质量的体可视化图像。     

基于粒子沉积的三维场景绘制

三维场景绘制是游戏、虚拟现实等领域中的一个重要内容,而地形绘制则是三维场景绘制的基础.通过引入分子束附生领域中粒子沉积的概念,在模拟一般地形的基础上,更好的实现了火山、岛屿等一类特殊地形的三维地形绘制.在此基础上与多重纹理,天空盒等技术相结合获得了较好的真实感效果.实验结果表明,此方法能够生成更加真实的三维场景.     

基于抗差最小二乘配置的海底地形生成研究

最小二乘配置算法能同时顾及测深数据的系统性和随机性影响,提高海底地形的生成精度。根据该算法建立了海洋测深多波束数据的函数模型和随机模型,并构建海底地形。为避免测深数据的异常值影响,进一步推导了基于抗差估计的协方差函数求解公式,提出抗差最小二乘配置算法生成海底地形。利用多波束数据生成海底,结果显示抗差最小二乘配置算法能在构建海底地形的同时准确剔除测深异常。将构建的地形与双线性多项式内插生成的海底进行比较,进一步说明了该算法具有较高的海底地形生成精度。

Abstract：

Seabed terrain generating precision can be improved by least-squares collocation algorithm which takes the systematic and stochastic effects in the bathymetry data. The functional model and stochastic model of the algorithm were created by multibeam bathymetry data,and the method of creating seabed terrain by Least-squares Collocation was researched. To avoid the effect of outliers in bathymetry data,covariance function was calculated by robust estimation,and the Robust Least-squares Collocation algorithm for terrain generation was proposed. It was applied to the real bathymetry data set,and the results indicate that the outliers are detected by the algorithm while the seabed terrain is generated. In the remainder,the terrain grids was compared with which created by bilinear polynomial interpolation algorithm,and it is proved that the Robust Least-squares Collocation algorithm can get higher precision of seabed terrain generation while detecting outliers.     

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。     

基于三维纹理的水下三维声场直接体可视化

声波是潜艇进行水下目标探测的最有效手段,因而在潜艇水下作战环境三维可视化研究中,水面舰船和水下潜艇声能场的可视化是核心技术之一,应用硬件加速的三维纹理技术实现了三维声场直接体可视化。仿真结果表明该方法在三维声场可视化中,能够实时生成高质量的体可视化图像。     

编码规则下的大面积多样化无缝纹理生成研究

通过纹理处理技术来弥补图形绘制上的不足,是解决仿真场景中三维对象表面真实感的有效手段。在实际仿真场景中大面积纹理都是采用重复贴图技术,若需实现纹理多样化,需要美工手工制作,耗费大量时间和人力。提出了一种基于编码的大面积多样化纹理生成的方法,通过对源纹理图定义编码规则产生多个样图实例,在编码约束下根据场景需要可以随机无缝拼接成大面积的纹理贴图。为了增加拼接而成的纹理多样性,我们根据每个样图实例的编码规则在该样图中随机撒点拟合成噪声区域,再基于噪声区域进行该样图实例与噪声纹理的合成,使所产生的样图实例形态各异。     

基于改进IBFV的矢量场剖面纹理可视化

通过分析经典IBFV方法可视化效果差的原因,提出改进方法:在IBFV过程中使用相关性较高的背景纹理图像。该背景纹理使用GLSL由GPU加速的多重线积分卷积生成。研究了将三维矢量场投影到二维图像空间的方法;利用GPU的顶点颜色插值功能,将离散矢量场转换为连续的纹理数据场,以便于使用GPU完成线积分卷积运算。在算法实现过程中,研究各参数对显示结果的影响,找出合适的取值。通过以上分析和研究,相比于IBFV改进的算法的可视化效果将得到显著提高。     

基于HLA的潜艇分布式作战仿真系统改造研究

潜艇分布式作战仿真系统是为作战系统开发、调试及验证提供较真实作战环境的大规模仿真系统。随着技术发展，如何将其改造成基于HLA，成为摆在人们面前的一个迫切问题。本文研究了基于HLA的改造方法，包括改造方案及关键技术。通过将原有基于UDP/IP的CAPI通讯接口替换为基于HLA的CAPI通讯接口，以及基于普通PC和地理信息系统Mapx开发全新导演台，成功实现了基于HLA的潜艇分布式作战仿真系统改造。     

基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法研究

针对基于点噪声的流场可视化不够形象的缺点,提出一种更直观的基于半规则纹理的三维表面流场可视化方法。首先,利用Mesh quilting技术在三维物体表面建立网格结构,并以组成网格结构的三角形作为基本模型,匹配样本纹理,形成第一帧纹理;随着流体的流动,角点的移动形成了新的网格结构,并对变形后的网格重新映射形成新一帧纹理图;最后,各帧纹理相连形成了一帧帧连续的流场动画。匹配过程中,为提高效率并保持帧之间的连续性,提出了最优纹理集加速匹配。实验表明,该方法可以获得较好的可视化效果。     

基于半规则纹理和三角块映射的表面流场模拟

针对基于点噪声的流场可视化不够形象的缺点,提出一种更直观的基于半规则纹理和三角块映射的三维表面流场可视化方法。首先,建立模型的三角化网格,并以三角形作为基本单元,以三角形的重心场作为三角形的流场,结合具有方向性的半规则纹理进行纹理映射。同时,建立最大样本集和最优样本集加速场流动过程中纹理重新映射造成的时间损耗。最后,说明了添加矢量点后,三角块流场的合成方式。实验表明,该方法可以获得较好的可视化效果。     

基于上下层MAS的SAR图像海洋分布目标检测

针对SAR图像中的海洋分布目标,从人的认知过程出发提出了一种基于上下层多Agent系统(top bottom multi Agent system, TBMAS)检测算法。该算法针对上下层Agent定义了不同的行为。下层Agent获得初步的视觉知觉,上层Agent加入联想分析等处理获得最终检测结果。算法从分布目标的局部统计特性考虑,不需要进行统计模型和参数的估计,利用局域直方图和Kullback Leibler散度进行差异度分析。实验表明,对于多种分布目标均有较好的检测效果。     

基于判别矩阵的潜艇作战态势认知决策建模方法

潜艇作战具备复杂环境中的动态博弈对抗特点,作战人员的态势认知与决策行为对潜艇作战效能有着重要影响。针对潜艇交战级作战实验中的态势认知决策建模难题,在分析态势认知决策过程的基础上提炼表征变量集合,提出基于判别矩阵的潜艇作战态势认知决策建模方法,并以某型潜艇交战级对抗为例研究给定想定条件下的态势认知决策过程,验证了方法的可行性和有效性。建立的模型能够有效刻画作战人员认知决策过程,支持潜艇作战实验中的交战机理和制胜机理研究。     

基于浮雕纹理贴图的复杂模型快速显示

提出了一种采用浮雕纹理贴图技术对复杂网格模型进行快速显示的方法,采用虚拟拍照方法生成原始模型相应的浮雕纹理,将原始模型简化成六幅浮雕纹理和一个长方体。该方法与传统的计算三角片面的投影方法相比在速度上有很大提高,且显示速度与生成的浮雕纹理的分辨率有关,而与原始模型的复杂程度无关。     

保持自然特征的烟雾快速生成系统

提出了一个保持自然特征的实时真实感烟雾模拟系统。系统根据用户定义的烟源位置,首先产生一个采用欧拉法表示的三维烟雾密度场;通过将烟雾密度场先直接投射再扩散能量,生成一张描述烟雾阴影浓度信息分布的纹理图,运用基于硬件的绘制技术来进行快速真实感的成像。该系统不仅能获得实时的烟雾模拟效果,而且通过生成烟雾阴影来保持其自然特征。实验证明,在复杂场景中,该系统能够以较快的速度模拟具有自然真实感的烟雾效果。