虚拟现实环境下虚拟手控制技术研究

虚拟手控制是虚拟现实的关节模型和实体模型.通过数据手套获取手指姿态数据进而确定虚拟手指弯曲的角度,通过驱动关节实体在其局部坐标系中的旋转运动来实现虚拟手指的位姿控制.通过位置跟踪器获职操作者手掌的位姿数据,采用数据分解和矩阵变换的方法将其映射为虚拟手掌在虚拟现实环境中的位姿,实现了对虚拟手的准确控制.     

虚拟道路车辆编队算法研究

针对车辆编队在虚拟场景道路上运动的问题,提出了基于目标点的虚拟道路车辆编队鼻法.根据跟随车辆当前的位置、方向和目标点的位置信息,利用两点二次函数插值计算车辆遍历孰进.论述了车辆编队在直线道路上运行的原理,以此为基础研究了车辆编队在弯道上运行的原理,利用安全距离,行使最小安全距离和车辆在弯道上运行时速度与曲率的关系,计算弯道上车辆的运行速度和方向.并以二辆车的编队仿真实验验证了该算法的可行性.     

基于FFT的海底地形二维匹配技术

海底地图匹配技术是水下地形辅助导航的核心技术之一,它主要用来提高水下载体(AUV3的定位精度,提出了基于付立叶变换的海底地形二维匹配算法(FFT算法),通过FFT变换将频域中幅值引入匹配,设计了位置匹配圆板进行实时图位置匹配与方向搜索模板进行方向搜索.应用实际海图原始数据进行仿真,结果表明,该算法能够同时匹配出位置信息和方向信息,具有较高的匹配精度和抗差特性.     

虚拟公路上过往车辆产生及其行驶行为控制研究

提出新的控制过往车辆的跟车、超车、换车道和无障碍行驶行为的算法,该算法是通过感知车道线的位置和类型、过往车辆相对于周围车辆安全性距离及其变化、周围车辆灯光与喇叭声信号以及应用交通规则来控制过往车辆的行驶行为;提出一种自动选择过往车辆在虚拟公路上合适的初始位置的算法,这种选择受到虚拟公路上其它车辆的位置、主车驾驶员的视觉、主车的行驶方向和道路的单向通行性的约束。这些算法在我们所研制的智能化高速公路驾驶仿真虚拟环境建模器IVEHMDS中进行了实验,实验结果表明这些算法是有效的和具有良好的实时性。     

受约束在轨服务航天器近距离交会制导算法

提出了在轨服务航天器对于处于圆轨道目标航天器进行近距离逼近和分离算法。算法以C-W方程解析解为基础,是航天飞机与其它航天器交会接近阶段滑翔制导算法的改进形式。采用距离和速率成幂函数或分段线性函数关系,使算法能够实现任意指定转移时间的位置转移。为减少脉冲总数,又在考虑安全速度、制导精度等约束条件下获得了脉冲间最大滑翔时间。算法在逼近或接近目标时采用减速机制,在分离时采用加速机制,使航天器能够有效自主地完成空间中任意时间和方向的位置转移。仿真结果验证了算法是正确、可行的。     

VR外设驱动的虚拟人姿态优化仿真方法

为解决常用的VR外设为穿戴于操作者身上的位置跟踪器,会给操作者带来额外不便的问题,提出一种基于视觉传感器组合的虚拟人驱动方案,实现简便无标记虚拟人运动实时驱动。引入参数化人体模型SMPL(skinned multi-person linear),通过最小化多个误差项组成的目标函数,改进算法提高虚拟人驱动精度,并计算得到符合真人形态与姿态的拟合人体模型数据,实现操作姿态人机工程学评价。实验结果表明：所提出的虚拟人数据驱动方法具有有效性。     

虚拟飞行器风洞的研究与实现

虚拟飞行器风洞是虚拟现实技术和CFD技术在飞行器设计和改型中的应用.阐明了虚拟风洞的组成和实现的基本流程,在求解雷诺平均三维不可压Navier-Stokes方程的基础上,采用有限体积法对其进行离散,并运用比较成熟的SIMPLE算法进行求解,在WTK平台上针对某模型进行仿真计算,而后进行了试验验证.对比分析模拟结果与试验结果,表明采用这种方法与传统的风洞试验相比,能够交互式地从各个不同的方位曼形象更直观地观察飞行器外流场的流态,同时也证明虚拟风洞的计算是真实可信的.     

大规模VRML虚拟场景的快速浏览算法

对大规模VRML虚拟场景的优化方法进行了深入讨论,提出了一种简单的大规模VRML虚拟场景模型的快速浏览算法。通过建筑物位置和浏览者当前视点位置的判断,动态地调入和调出相关建筑物模型,仅仅将浏览者可见的视觉圆域内的建筑物调入VRML浏览器。该方法简单易行,不仅可以明显地提高大规模VRML虚拟场景的动态绘制速度,同时又大大地减少了浏览器对虚拟场景的下载时间。     

在线修正虚拟仿真预测的遥操作机器人系统

带虚拟仿真预测系统的遥操作机器人在核电站等复杂环境中作业时,可能会出现虚拟仿真机器人与实际机器人的工作状态不同步,从而导致影响操作者判断,发出错误指令。研究了一种基于在线修正虚拟仿真预测算法的遥操作机器人系统。主端虚拟仿真预测系统建立了从端环境及机器人的虚拟模型,根据操作者命令对从端机器人的状态实时预测,同时根据从端现场检测到的机器人状态对虚拟机器人进行在线修正,以保证虚拟仿真预测系统与从端机器人工作状态同步。实验结果表明：主端虚拟预测平台能够实时预测出从端工作状态;当从端机器人未能按照指令运动时,主端虚拟场景也与从端的工作状态同步。     

虚拟装配中的装配约束实现技术研究

结合虚拟装配中对装配约束实现的需求,以实际装配过程中常用的面与面之间的装配约束为例,阐述了虚拟装配中的装配约束实现流程,给出了虚拟环境下装配约束的定位求解过程,即通过姿态求解和位置求解确定零部件的空间目标位姿。同时给出了装配约束归约准则表以及归约结果的准确表达形式,并提出了在约束空间下对零部件的空间位姿调整算法,解决了多约束下自由度的计算问题以及零部件的调整问题,使虚拟装配中的零部件装配过程更加符合实际,操作更加方便。开发了原型系统虚拟装配工艺规划软件VAPP,对提出的算法进行了验证。     

面向SDN的生存性虚拟网络映射算法

针对软件定义网络环境下生存性虚拟网络映射问题,提出了基于网络资源关键度的虚拟网络可靠性映射算法。该算法首先通过提出底层网络资源和拓扑重要度度量方式,构建资源关键度排序集合,同时备份控制网络,考虑到控制器位置部署,设置链路时延权重进行最短物理路径的选取,映射时依据位置约束进行虚网映射,在此基础上针对不同物理网络故障类型采用备份切换和可行迁移方式进行恢复,确保虚拟网络服务连续不间断。仿真结果表明,与以往算法相比,该算法在请求接受率、故障恢复率、底层网络整体负载均衡度以及平均控制延迟4个指标上具有更好的网络性能。     

虚拟士兵三维追逐算法研究

针对当前路径规划算法的研究主要集中在平面上,这些算法已难以胜任大规模三维仿真中智能体导航任务的情况,提出了几种实现虚拟人三维追逐的算法,介绍了这些算法的基本思路,研究了基于物理引擎的虚拟人视觉模拟及地型钳位技术,并综合这些技术,成功地为几个项目加入了智能虚拟士兵,取得了令人满意的效果。     

VEADAM:一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统

VEADAM是一个异地协同虚拟设计和虚拟制造系统：面向航天某型产品的工程研制需要，利用虚拟现实技术，研究和实现一个异地协同的产品设计、虚拟装配和虚拟制造的环境，使各部门协同合作，减少产品研制的周期和成本。VEADAM第一阶段主要研究面向航天某型产品的虚拟装配，包括框架结构、pro/E与虚拟环境的信息转换、约束关系、协同调度、多通道人机交互等，实验初步说明该系统具有应用价值。     

虚拟装配中基于数据手套的虚拟操作研究

在虚拟装配中,采用数据手套对虚拟物体进行虚拟操作,是进行虚拟装配的重要手段。首先给出了数据手套的虚拟操作流程,探讨了虚拟操作中存在的三个关键技术问题碰撞检测问题、手的穿透限制问题、手的抓取和拖放问题。然后对这三种关键技术逐项进行了剖析,并在此基础上给出了具体的解决算法面向对象的基于包围盒的碰撞检测算法、基于面片的穿透限制算法和抓取与拖放算法。最后构建了虚拟装配试验系统对这几种解决方案进行了验证。这几种算法能够保证虚拟装配系统的实时性和真实性,较好地解决了虚拟操作中存在的问题。     

虚拟手术中基于Tensor-Mass的变形仿真技术

详细论述并实现了虚拟手术中软组织变形仿真技术.虚拟软组织由四面体网格构成,生物力学模型使用Tensor-Mass模型.推导了一种半隐式数值积分算法用以求解软组织变形的动力学方程.该方法比传统的显式积分算法更稳定,并可将积分时间步长提高一个数量级.使用了基于拓扑距离的方法进一步减少数值积分算法的计算量.最后给出使用肝脏模型进行变形仿真的结果.     

飞行机器人传感器阵列信息处理技术研究

越来越多的应用任务要求机器人能高精度的测量目标相对机器人的位置信息.通过在飞行机器人上安装传感器阵列来感知环境信号,并运用阵列信号处理算法可实现高精度的目标方位角度估计.给出了MUSIC(Multi signal classification)算法应用在传感器阵列信号处理的原理和实现方法,利用一种改进的MUSIC算法使机器人的传感器阵列能在出现相干信号源或信号信噪比较低时也能完成对多个信号方向的精确估计,并仿真实现.     

虚拟手术中缝合仿真的初步研究

初步实现了一个虚拟缝合仿真系统,可以模拟针穿刺柔性体并牵引所附缝合线穿过柔性体的过程。用户通过Phantom Desktop力反馈设备控制虚拟针的运动。柔性体在针和缝合线的作用下会发生变形。缝合线使用非均匀可变长刚性杆模型和FTL(Follow the Leader)变形算法。柔性体使用线弹性材料和Tensor-Mass变形算法。针穿刺柔性体时柔性体对针运动的阻力传给力反馈设备,而其反作用力则施加于柔性体之上。缝合线在针的牵引下穿过柔性体形成滑动约束点。缝合线的变形将在滑动约束点产生弹性力作用于柔性体之上,而柔性体的变形则反过来影响滑动约束点的位置。将约束点对应的缝合线顶点编号增加和约束点两侧刚性杆长度调整相结合,实现了缝合线光滑穿过柔性体的效果。最后给出对含有切口形状的柔性体模型进行缝合仿真的实验结果,并讨论未来的改进和发展方向。     

基于IEEE802.16的OFDM系统中信道估计的新内插方法

介绍了OFDM系统中两种基于导频的信道估计算法:最小均方误差(MMSE)算法和最小二乘(LS)算法.LS算法具有实现简单,收敛速度快等特点,很多实际的OFDM系统都采用了这种方法.在采用梳状导频进行信道估计的系统中,通常需要内插的方法来获取非导频位置的信道信息.因此针对非导频位置信道的线性内插方法进行了深入研究,提出了新的线性内插方法,即从幅度和相位角度实现内插,区别于传统的实部和虚部分别内插的算法,在某些信道环境下能够更好的恢复出非导频位置信道估计值.以基于IEEE802.16的OFDM系统为例,与传统的线性内插方法进行了比较.均方误差,误差矢量幅度以及误比特率的仿真结果表明,新方法估计的性能更忧.     

基于阵列虚拟平移的快速解相干幂代算法

为了解决相干信源的测向与跟踪问题,提出了一种基于阵列虚拟平移的快速解相干幂迭代算法。算法把阵列虚拟平移和幂迭代方法相结合,对数据协方差矩阵进行了重构,在不损失阵列孔径的情况下较好地实现了解相干处理,使直线阵可估计的相干信源数目达到了M-1个。避免了特征值分解和一维谱峰搜索,算法的收敛速度快,运算量小,算法同样适用于均匀圆阵。通过仿真实验,验证了算法的有效性。     

基于IFS算法的植被虚拟仿真模拟

由于植被的动态性、随机性和不规则性,使得可融合遥感信息、辐射计或多传感器的植被计算机虚拟仿真相对复杂.在算法构造上要求具备较好的仿真数据接口,并保证仿真输出的真实、稳定和实时性.基于IFS(Iterated Function System,迭代函数系统)算法可有效实现上述仿真模拟的要求.以基于遥感信息的植被虚拟仿真模拟为研究对象,讨论了基于IFS算法实现植被仿真模拟造型中的S垫片仿射变换、IFS码的确定和基于IFS码的拼贴等关键算法实现步骤,从而有效实现针对常规目标植被的高可用、高可融合遥感数据的仿真模拟.图2,表1,参12.