虚拟战场环境三维可视化的关键技术研究

虚拟战场环境三维可视化中的关键技术主要涉及到地形LOD技术、实体建模、特殊效果生成、声音仿真、实时场景控制5个方面。在虚拟战场系统设计和实现中能否适当地选取以及正确地运用这些关键技术,关系到可视化系统的成败。为方便对这些技术进行选取,重点阐述了这些技术目前主要的实现方法及其在可视化应用中的优缺点。     

海量地形三维仿真系统的设计与实现

在CTS和Vegaprime软件的基础上,建立海量地形三维仿真系统。收集中国福建省的ETM数据和数字高程模型数据,预处理后利用CTS软件生成虚拟纹理和地形格网,并进行纹理映射。在VegaPrime下引用地形格网和虚拟纹理形成三维的海量大地形场景,并基于MFC环境下实现海量大地形三维仿真系统。通过采用虚拟纹理技术、层次细节模型、大地形数据的组织、地形纹理的映射技术、大地形碰撞检测技术、大地形调度技术,解决了在大区域尺度下海量地形数据漫游的难点。     

基于视觉观察的三维地形生成的组件实现

基于视觉观察的三维地形作为地形仿真的新思路，具有可视化、非编程和图形操作等特点.它不依赖于实测地形数据，使用者根据主观感受在三维场景中进行鼠标点击实时交互就能生成地形.主要研究组件化程序以及将其应用到地形生成软件的设计方法，并以基于视觉的维地形生成系统的开发为实例，给出了实现系统的总体框架结构和相应的组件结构以及相关技术难点的解决方法.并对其中三个关键问题进行分析，同时列举了其实现过程.     

三维地理环境下电磁环境仿真研究

为了准确评估武器装备在战场电磁环境中的作战效能,从定量分析的角度,采用三维矢量抛物方程方法建立电磁环境仿真模型,通过Kriging算法对地形高程进行插值,在理想边界条件下,分析了远距离不同高度的电磁波衰减特性,并与二维抛物方程计算结果进行比较。结论表明,电磁环境仿真模型能够给出战场电磁环境的基本数据,计算精度较高。     

地形环境下的动态场景绘制

提出了地形环境下的动态场景绘制流程。使用空间离散化的方法实现了运动物体之间以及运动物体和地形之间的快速碰撞检测。为了实现运动物体与地形的匹配,采用了一点匹配法和面匹配法。实现了网格模型、基于图像的模型在地形环境下的绘制。最后给出了坦克和虚拟人在地形环境中绘制的实验结果。该方法可应用于网络游戏、战场视景仿真、数字城市、电影制作等领域。     

基于混合DEM数据存储结构的三维地形可视化

为了解决三维地形可视化中的海量数据快速高精度渲染问题,基于创建三维地形所使用的两种主要数字高程模型TIN（Triangulated Irregular Network）和GRID,研究了模型采样点的分布特征、各自优缺点以及存储数据结构,给出了构建混合DEM（Digital Elevation Models）模型的方法,详述了构建混合模型,计算地形复杂度的方法,混合模型的数据结构及三角网生成算法。通过实验说明了混合模型用于三维地形可视化的优势。     

基于M-CFSFDP算法的战场目标分群方法

目标分群能够将战场目标划分为作战空间群,从而降低态势估计难度,提高决策效率。故针对战场中的目标分群问题,提出了一种基于流形距离(manifold)的密度峰值快速搜索聚类算法(clustering by fast search and find of density peaks,CFSFDP)的目标分群方法。该方法将目标分群转化为数据集聚类问题,通过计算目标间的流形距离来衡量目标间的相似度,然后在流形距离的基础上利用CFSFDP算法搜索聚类中心,指定其余数据点类别。仿真实验以人工数据集和UCI数据集为对象,验证了M-CFSFDP算法聚类效果优于CFSFDP算法;同时将M-CFSFDP应用在战场目标静态与动态分群中,仿真结果表明了该方法的正确性与有效性。     

由等高线图像生成三维地形的简易方法

针对目前三维地形数据生成技术普遍缺乏对小范围地形的便捷导入，还停留在大范围、高硬件支持、高计算量水平的现状，介绍了由图像等高线信息生成三维地形的简易方法.着重论述了等高线的跟踪及等高线间地貌信息的填充，根据等高线的特点，采用图像的边界检测方法实现了对非细化等高线图像的自动跟踪；采用内插和外插相结合的方法填充等高线间的地貌信息，生成的三维地形效果较好.介绍的由等高线图像生成三维地形生成方法比较简单，容易实现，而且对于系统平台的硬件和软件要求较低,适合于一些小规模、且对地形精度要求不高的三维地形的生成.     

基于层次块的大地形实时细节合成及渲染算法

为解决渲染真实大地形场景面临的数据获取困难问题,减轻海量地形数据存储与调度的压力,提出了基于层次块实时生成可控的地形细节,完成地形渲染的新方法。采用了层次块结构组织采样数据。给出了基于层次块生成可控细节的方法,使用块网格细分增加采样点,提出了基于Perlin噪声的可控多重分形算法计算细节,保证了生成的细节受真实采样点属性控制。采用统一的细节选择标准完成了细节合成与LOD方法集成,其结果与原始地形块共同构成了动静结合的双层自适应层次结构,实现了视相关的大地形渲染。面向GPU实现了实时合成算法。实验分析表明了该方法能够利用有限的真实地形数据实时产生与实际地形特征相近的细节,完成大地形渲染。     

装备战场抢救仿真研究

装备战场抢救仿真是装备指挥训练模拟的重要组成部分。从基本概念、抢救方式和基本原则3个方面完成了装备战场抢救的描述;从框架、流程、数据和运行控制4个方面完成装备战场抢救仿真设计;介绍了装备战场抢救仿真的2项实现技术。     

一种面向虚拟环境的真实感地形生成算法

给出了一种面向虚拟环境的地形生成算法模型．引入Perlin噪声作为地形高度生成器的基本模型,通过控制噪声的幅度和频率以及噪声叠加,可以生成形态各异的地形．在渲染过程中,使用了3D纹理映射技术,可以模拟随海拔高度而各异的生态景象．给出了一种地形描述脚本语言,能够以数据驱动的方式快速而方便地生成地形．实践证明,用该算法模型在普通PC平台上能够生成真实感较强的地形,并能方便地应用到虚拟现实系统中,满足实时模拟的需要．     

一种基于非正射遥感影像直接生成三维地形图的方法

地形的真实性是地形三维可视化的重要组成,在地形表面叠加纹理图象是一种理想的提高地形真实性的有效方法。本文介绍了利用直接线性变换确定纹理图象与地形透视图之间的映射关系,直接生成三维地形透视图的一种方法,缩短了地形三维透视图生成周期,大大提高了制作三维地形透视图的效率,具有广泛的适应性和实用性。     

DTM数据的三维可视化及其实现

针对数字地形模型（Digital Terrain Model,DTM）数据三维可视化问题.提出了采用Delaunay三角化法得到地形采样点,并用已知数据对三角曲面进行插值加密,生成规则格网（GRID）数据结构的方法,实现三维地形高度真实感的可视化效果.再利用面向对象的设计与编程方法、VC＋＋6.0开发语言以及OpenGL图形库完成了基于三维地形模型的显示,并对三维地形显示中的关键技术即模型的实时动态显示技术、三维地形交互技术进行了实现.     

三维分形地形生成技术综述

简述了三维地形生成的几种常用方法，重点介绍了三维分形地形建模方法，并对利用中点位移法生成三维分形地形图的数学模型作了具体探讨。     

虚拟自然环境的研究方法

介绍了植物三维建模与生成技术方法，三维地形生成及实时显示技术方法，云、烟、雾、火焰建模与生成技术方法，海浪建模生成技术方法。     

基于VRML标准的大场景三维地形数据浏览系统

三维地形虚拟场景的网络浏览是近几年分布式虚拟现实技术、地理信息库技术和数字地球技术等研究重点.论述了基于VRML的LOD技术与大场景分割调度技术的三维地形虚拟场景浏览系统的设计与实现方案,并针对10241024DEM数据开发了基于Web的三维地形浏览实验系统.     

飞行模拟用三维数字地形动态修改技术研究

三维地形是飞行模拟视景系统中的一项重要研究内容,研究三维地形的数据结构、模型表示方法及大场景的可视化显示和动态修改的技术意义重大。文中介绍了DEM数据模型的规则网格模型、等高线模型、不规则三角形网模型,利用O penGL实现了三维数字地形的算法模拟和真实DEM数据模型的可视化显示。在地形绘制和显示的基础之上,从地形的单点、多点修改出发对三维数字地形动态修改做了研究,并给出了地形区域修改的方法。     

基于空间插值的洪水淹没空间分布快速获取

结合空间数据和水文站点监测数据,以Kriging方法为理论基础,研究了一种洪水空间分布实时监测方法.运用空间统计学中的Kriging插值方法将一维水力学模型计算的断面数据内插成水面高程数据,对水面高程数据和研究区域地形数据进行分析,获得洪水淹没信息的空间分布.该方法可以弥补一维模型在空间分布分析上的弱势,并提高分析速度.本研究选取长江上游特定河段为实验区,验证和分析该研究方法的有效性.实验结果表明该方法能够有效实时监测洪水淹没信息的空间分布,其直观的淹没范围显示可快速为决策者提供预警信息,具有较好的应用价值.     

嵌入式系统地形三维显示技术研究

针对嵌入式系统存储资源及计算能力有限的问题,通过建立四叉树高程数据压缩存储模型,并根据飞行漫游、行进三维显示视点参数和显示设备特性对三维地形数据进行适当裁减简化,研究基于多分辨处理、递归简化处理等方法的嵌入式系统地形三维处理技术。