质点-弹簧模型驱动的体数据模型快速变形模拟

探讨三维体数据模型的快速真实感变形模拟和绘制方法。该方法用离散的质点-弹簧模型具有物理真实感地模拟变形过程；利用FFD从离散质点的运动信息插值求得体数据空间任意点的变形；而将重采样和绘制过程融为一体的光线虚拟弯曲技术和光线提前终止技术则避免了将大量无用计算，使变形和绘制速度明显提高；根据局部变形的连续线性特性提出了光照修正算法，算法实现简单，算出的光照浓淡变化具有高的真实感。     

基于GPU实时绘制多种颜色的毛发

利用顶点绘制器来实现在GPU中进行毛发渲染,加快了绘制速度。再对几何模型面片进行扫描并作不同的标示符,结合Lengyel的毛发绘制算法,实时生成多种颜色的毛发的混杂效果。我们的方法把模型切分成不同的渲染部分,通过平滑的过渡从一种毛发转到另一种毛发上。     

大规模三维标量场并行可视化技术综述

并行绘制是提高大规模三维标量场可视化效率的一种重要方法,分别对三维标量场的两类重要可视化方法面绘制方法和直接体绘制方法进行了阐述,并结合这两类可视化方法对其并行绘制中的各种并行模式、负载平衡和图像合成算法进行细致的分析和比较;对国内外较有名的并行绘制系统实现进行了分类与对比;最后,在总结现有研究成果基础上,分析了该领域的下一步发展趋势,为大规模性三维标量场的并行可视化提出了新的问题和思路。     

双层弹簧模型驱动的植物叶片运动模拟

提出了一种交互式的植物叶片运动(特别是卷曲和萎蔫)模拟方法.该方法用一个三维骨架结构表示叶片的边缘轮廓,并通过细分的方法生成叶片的网格曲面.在此基础上,构建了一个由层次化弹簧构成的双层质点-弹簧系统,该弹簧系统被用来控制叶片的运动,叶片的卷曲通过收缩上层弹簧来实现,而叶片的萎蔫或展开则通过释放弹簧来驱动.通过提供的交互式界面,用户能够交互地控制该弹簧系统的运动,从而生成各种叶片的运动动画.这种方法已被用来交互地模拟番茄叶片的卷曲过程和黄瓜叶片的萎蔫过程,模拟结果较好地重现了与真实情况相似的叶片运动过程.     

混合场景绘制的光照一致性研究

光照计算是真实感图形绘制的重要的研究问题之一,调整光照效果是增强真实感效果最关键的一步,特别是在基于几何与图像混合绘制的系统中,调整图像的光照适应当前虚拟环境的光照是一个复杂的过程.利用三维模型在GPU中的绘制流程,在混合场景绘制系统中,提出了一种简单的光照一致性方法,生成虚拟场景绘制系统中动态光照下的图像模型,图像的光照随着虚拟光照环境的改变,与几何模型的光照具有一致性.     

基于物理的植物器官实时变形模拟

近年来,各种方法被用来模拟可变形物体的实时变形。提出了一种基于质点-弹簧系统的植物器官变形模拟方法,并根据交互式设计的要求开发了参数化的植物器官几何造型和弹簧模型生成方法,简化了质点-弹簧模型的构造。实验结果表明,该方法能够获得具有较高真实感的变形效果,能够适用于多种植物器官一般情况下的变形模拟;同时,参数化的几何曲面和物理模型生成能够满足于交互式实时模拟的需要。     

用于虚拟力觉再现的弹簧-质点力/变形模型研究

为提高虚拟力觉再现的精度与实时性,提出了一种弹簧-质点力/变形模型,它将物体以受力点为中心,沿径向方向分割为呈同心圆分布的弹簧-质点系统。系统中各个质点的相对位移的叠加对外等效为物体表面变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等于物体表面的接触力。该方法由于分割只涉及到发生变形的局部区域,不需要对整个物体进行大量的矩阵运算;进行了基于图像边缘检测的变形测量,推导了模型参数;基于此力变形模型,利用DELTA手控器,进行了柔性物体接触变形以及实时虚拟力反馈的半物理仿真。     

变刚度双足机器人半被动行走控制研究

为研究半被动双足机器人的平面稳定行走控制问题。以三自由度变腿刚度的双足弹簧-质点模型为对象,采用变刚度弹簧所提供的力和髋关节的转动力矩作为行走动力源,并采用拉格朗日方法建立了系统的动力学方程。通过PD控制器设计髋关节转矩进而对上体的旋转角度进行控制,通过反馈线性化方法分别设计了双足机器人在单支撑和双支撑阶段因变弹簧刚度产生的控制外力。在理论分析的基础上,进行了仿真研究。结果表明：文中研究的路径跟踪控制方法可以实现双足机器人在水平面的稳定周期行走并且具有较强的鲁棒性。     

基于双层次细节图像空间融合的地形绘制方法

为加速地表模型绘制速度,提出一种基于双层次细节图像空间融合的地形绘制方法.首先建立具有高、低细节层的地表模型,通过在图像空间计算高细节层与整个地形投影面积的比例,控制高细节层覆盖范围,把两层模型的过渡区域推向离视点较远的位置:过渡区域采用了基于图像空间的逐像素纹理混合与偏移方法,避免在图形空间建立几何过渡带计算开销过大的问题,消除两层次邻接所产生的视觉裂缝.算法在GPU设计与实现.实验表明,该方法在保持逼真视觉效果的同时,能够保持较高的三维地形绘制速度.     

无合成并行绘制算法中的自适应屏幕分割策略

多GPU无合成绘制算法采用混合sort-first与sort-last的并行绘制模式,将绘制任务划分为多个子任务集合进行并行绘制并异步合成显示。原方法中对屏幕的分割方式过于平凡,未明确提出一种高效的屏幕分割策略,从无合成算法本身特性出发,提出一种自适应屏幕划分策略,该算法根据GPU数目及绘制分辨率参数,启发式计算屏幕初始划分方式,再采用统计性能反馈的方式动态选择最佳屏幕划分方式,较原有方法更易于实现子屏幕任务的负载平衡,实验表明,算法在带来很少额外计算开销的同时,能够有效平衡并行绘制任务负载,进一步发挥多GPU无合成并行绘制系统的绘制效率。     

渔船模拟器中渔网水动力模型的研究

为在渔船模拟器中进行渔网的动态模拟,根据集中质量法建立了渔网的数学模型,将渔网离散为由大量无质量弹簧连接的质量点的集合,并考虑了均匀流对渔网运动的影响.利用同某质量点相连的其它质量点的已知位移代替其实际位移来求解该质量点所受到的弹性力,从而可进行各质量点方程的单独求解.采用隐式Newmark-β算法求解质量点方程,增大了可进行稳定计算的时间步长.对一网片在均匀流中的运动进行了模拟,并将仿真结果同其水槽试验结果进行了比较,从而验证了模型的合理性.     

两种简化标准Marching Cubes算法拓扑构形的方法

通过沿插值边移动等值点,提出了两种方法来简化标准MarchingCubes算法的拓扑构形。其一是将等值点移动到高于阈值的立方体顶点位置,其二是将等值点移动到低于阈值的立方体顶点位置。结果发现,这两种移动方式均可简化等值面的拓扑构形,明显减少重建三角片的数量,避免对等值点位置和法向量的插值计算,显著缩短重建时间。由于等值点的移动量不超过体素立方体的1个边长,这对于高分辨率图像数据集是可以忽略的。     

基于多项式网络的空袭目标类型识别模型

给出了进行目标类型识别的指标集 ,建立了基于多项式前向神经网络识别模型。该模型具有三层结构 ,隐层、输出层分别采用多项式函数和线性函数作为激活函数 ;隐层 输出层的权值用最速下降法学习 ,输入层 隐层的权值用遗传算法进行学习。实例表明该模型是可行的。     

高超音速飞机模型的仿真研究

为了掌握高超音速飞机复杂的动态特性,提出了一种研究高超音速飞机模型的新方法.该方法采用MATLAB插值函数和S函数分别估算和建立高超音速飞机的气动参数及其六自由度的微分方程组,并在不同高度和速度下计算飞行的平衡点,然后通过比较平衡条件与约束条件,近似得到了整个飞行过程的飞行包线.仿真研究表明,该方法适合用在高超音速飞机模型上,仿真结果与期望要求相符合.     

支持过程改进的工作流仿真研究

工作流真是支持过程改进的有效技术，从建模角度介绍了以过程为核心，集成产品、资源，组织和控制评价等信息的工作流元模型。该元模型用为指导和约束具体的工作流建模，可以利用对象约束语言进行深入刻画，从执行角度解释了基于ECA规划的工作流仿真机制。按照WindowsDNA三层结构，它分用户界面层，业务逻辑层和数据库层，仿真引擎构建业业务逻辑层。在此基础就一个软件开发过程的实你，依据过程度量指标，利用仿真结果分析了各种可能的改进方案。     

基于神经网络的仿真优化算法设计

为降低传统仿真优化方法所需的仿真次数,从而缩短仿真优化时间,提出了基于广义回归神经网络(generalized regression neural network,GRNN)的仿真优化算法设计。首先,利用仿真生成一定数量的样本集,利用GRNN进行训练,得到初始回归曲面,并在该曲面上利用模式搜索算法找出全部可能的局部极小,由于可能会找到一些假局部极小点——噪声点,设计了剔除噪声点的方法,得到全部局部极小;在各局部极小点周围增补少量仿真样本,再次利用GRNN进行训练,得到新的回归曲面。重复增补样本,直到得到仿真优化的最优解。实例表明,所提方法能够有效降低所需样本的数量,实现仿真优化问题的求解。     

一种基于顶点纹理的LOD地形渲染算法

Shader Mode 3.0引入的Vertex Shader Fetch是GPU可编程图形渲染技术发展的又一重要进展,基于该技术提出了一种新的地形渲染算法.算法主要特点是将地形高程数据组织成单通道纹理存放于显存,用于支持视点跟随的LOD地形渲染.绘制阶段,CPU端只需输入平坦的嵌套状的网格,GPU端首先根据当前视点参数计算该网格顶点的实际二维位置坐标,使用该坐标从地形纹理中采样出该顶点的高程值,这样平坦网格的顶点获取到实际的三维坐标值,图形渲染管线将继续处理直至输出显示.如此安排绘制流程可以彻底消减CPU计算负载,转而充分运用GPU高数据处理能力和可编程特性.实验表明,使用本算法绘制地形,效果逼真、绘制效率大大高于传统LOD地形绘制算法.     

基于图像信息的微小型飞行器飞行测高方法

微小型飞行器飞行高度的实时测量是实现其自主飞行的关键技术之一。为了准确快速地获取微小型飞行器的飞行高度参数,提出了一种新的稳健的利用图像信息获取微小型飞行器飞行高度的方法。此算法首先使用光学理论和几何学理论推导出了飞行高度的计算公式,综合运用Harris角点检测算法和区域灰度算法得到图像间的匹配角点,并使用分割区域法得到图像之间的关键点。最后通过计算关键点在图像中的位移情况,计算出飞行器当前的高度值。飞行实验表明,这种测量算法可以实时获得飞行器的高度,精度满足飞行器平稳飞行的需要。

Abstract：

Flight height is one of key technologies for micro aerial vehicle （MAV） flight autonomy.In order to get the MAV flight height accurately and quickly,a new robust flight height measurement algorithm was proposed.In the algorithm,the height was deduced from optical theory and geometry theory,and a matching corner points set was obtained by Harris corner detector and regional gray method.And then,the key points were got using the segmentation area method.In the end,the current flight height was obtained by computing the displacement of the key points in the images.The flight experiment shows that flight height measurement is real-time,and it meets the stable flight control requirements for the MAVs.