基于虚拟现实技术的3D智慧校园设计与实现

以上海海洋大学为例,基于虚拟现实技术设计出与现实校园相近逼真的虚拟环境,用户通过计算机的操控与该虚拟环境进行交互,实现对智慧校园的控制。利用Auto Maya、Photoshop、Illustrator等建模、美化软件,进行校园建筑数据获取、3D模型的建立以及贴图纹理的映射等;利用Unity 3D引擎进行用户交互设计,建立起大学实际仿真景观的3D智慧校园。在此基础上,还实现了小地图的展示、界面多参数的调控、界面定位等个性化功能。     

基于Unity 3D的可燃冰开采环境监测模拟系统设计

针对目前可燃冰开采过程中环境监测设备不完善、开采过程中环境安全隐患大等问题，提出一种基于Unity 3D的可燃冰开采环境监测模拟系统，并搭建了仿真实验平台。该方案包括3D Max模型建立、可燃冰开采典型环境风险算法设计、MySQL数据库设计、Unity 3D虚拟仿真环境设计、模拟系统软硬件设计等方面。仿真实验证明，该系统可以较好地模拟可燃冰开采中环境监测过程，具有较好的可操作性，可以为可燃冰开采过程中的环境监测提供支持。     

基于Simulink与Unity3D的制导弹药弹道可视化仿真

针对制导弹药的弹道可视化仿真中,观察视角单一,场景搭建简陋,无法模拟战场环境下制导弹药在攻击中的动态过程等问题,提出一种制导弹药弹道可视化模型的搭建方法。以某型激光制导弹药为对象,基于Simulink与Unity3D软件建立了联合仿真模型,采用Matlab/Simulink软件构建六自由度弹道仿真模型,采用Unity3D搭建包括制导弹药、目标和战场环境在内的三维场景,采用UDP通信协议将Simulink中的仿真数据传输到Unity3D中,提出一种数值可视化技术,能同时观察制导弹药的飞行姿态和仿真数值结果,实现制导弹药在战场环境下的弹道可视化仿真。将制导弹药参数加载到仿真模型中,对不同状态的目标进行了模拟攻击实验,实验结果显示,该仿真模型能够多视角、全方位地显示制导弹药的飞行姿态、弹道和过载情况,对于需要修改参数以逼近实战条件下的攻击过程,每次修正都能立刻通过可视化平台查看和验证修改结果。该可视化仿真模型为制导弹药的可视化仿真提供了便利的方法,对制导弹药的设计和作战使用具有一定的参考作用。     

基于Direct3D和粒子系统的导弹尾焰模拟

为了能更加逼真地展现三维实时战场环境,对不规则模糊物体如火焰、烟雾、雨滴、雪花、波浪等的模拟仿真则显得尤为重要。国内外学者不断探索,先后提出了若干种针对不规则模糊物体的建模方法。粒子系统方法是到目前为止在模拟不规则模糊物体方面最成功的一种生成算法。通过对Direct3D中点精灵和粒子系统理论的研究,采用点精灵和纹理映射技术逼真地模拟出导弹的尾焰效果,从而再现了三维实时战场环境。     

融合Unity3D和混合现实的虚拟场馆IDS

研究融合Unity3D和混合现实的虚拟场馆交互展示仿真方法,实现虚拟场馆的交互展示,提升用户交互体验效果。上述方法利用基础层为交互展示提供硬件设备;数据层通过调用硬件设备采集虚拟场馆数据;业务逻辑层中利用混合现实技术的KinectFusion算法,结合采集的数据,建立虚拟场馆三维模型,Unity3D软件内导入模型,依据模型信息设计基于寻路算法的交互方式,自动搜索交互展示路径,避免发生碰撞;应用层通过移动与旋转等操作,为用户提供场景切换与漫游等功能。仿真结果证明：上述方法可有效建立虚拟场馆三维模型,实现虚拟场馆的交互展示,为用户提供身临其境的交互体验;上述方法可有效搜索交互展示路径,精准避开障碍物。     

基于Unity 3D的某型地空导弹战斗场景可视化研究

针对当前虚拟现实技术在军事领域的广泛应用,以及Unity 3D进行图形图像开发的优势,采用Unity 3D在计算机平台上开发了某型地空导弹仿真训练系统中防空战斗三维场景可视化的仿真应用,实现了该型地空导弹仿真训练过程中具有真实感的三维战斗场景实时显示效果.     

基于3dsMax/Unity3D的水平定向钻穿越工程应用

针对复杂地质结构下管道穿越和施工安全,综合分析国内外三维地质建模和虚拟现实可视化现状,提出基于3ds Max平台下的三维地质建模方法,完成水平定向钻穿越工程中复杂岩层地质模型的准确建立,实现岩层地质信息与穿越工程三维拓扑模型的数据映射。利用Unity3D开发引擎在虚拟现实仿真上的技术优势,基于Unity3D和Visual C#.NET开发环境完成三维地质场景的视点控制、穿越轨迹实时生成和数据管理,实现虚拟现实场景的实时展示与可视化交互。以江都-如东输气管道水平定向钻穿越工程为例,通过3ds Max创建三维地质场景,应用Unity3D平台虚拟可视化技术模拟输气管道穿越过程,为水平定向钻穿越工程的施工建设和规划管理提供参考。     

Unity平台下的虚拟交互系统的设计

随着信息技术的发展,室内设计领域中将用户"投射"到室内虚拟逼真环境。该文研究基于Unity3D平台的室内虚拟交互设计系统,采用主流建模软件3DMAX建模,在Unity3D平台上实现交互控制,实现导航路径漫游、装修设计中的物件添删、位置移动、材质更换等交互功能。     

基于虚拟现实的煤矿设备装配仿真系统研究

针对煤矿大型设备装配存在拆装繁琐和成本高的问题,以采煤机、液压支架、掘进机和提升机为研究对象,采用虚拟现实技术设计并实现了一套由虚拟装配子系统、场景仿真与漫游子系统组成的虚拟装配与仿真系统.利用Maya对大型设备建模,通过VS程序设计,在Unity中进行交互控制,实现了设备的虚拟装配与拆卸、采煤工作面的虚拟仿真漫游功能.系统有效地提高了训练效果,形象逼真地再现了煤矿井下生产过程,具有良好的沉浸性和交互性.测试表明:经该仿真系统训练与使用,有效提高了设备实际装配与拆卸能力,同时降低了成本,具有显著的实际应用效果.     

Unity平台下的虚拟交互系统的设计

随着信息技术的发展,室内设计领域中将用户“投射”到室内虚拟逼真环境。该文研究基于Unity3D平台的室内虚拟交互设计系统,采用主流建模软件3DMAX建模,在Unity3D平台上实现交互控制,实现导航路径漫游、装修设计中的物件添删、位置移动、材质更换等交互功能。     

淤地坝监测场景下边缘计算协作式任务调度方法

针对目前我国西北地区淤地坝实时监测问题,研究了淤地坝监测与预警任务的调度方法.为避免淤地坝坝体隐患发现不及时,提高预警系统的时效性,本文考虑了任务卸载至边缘服务器的平均等待时间,提出了一种淤地坝监测场景下边缘计算协作式任务调度方法.根据任务计算量、边缘服务器计算能力等信息建立计算任务完成时间模型,然后采用模拟退火算法优化计算任务卸载位置,设计了一种多个边缘计算服务器相互协作的任务调度策略.实验结果表明,该方法有效降低了监测任务的计算时间,提高了监测预警的时效性.     

悬臂式掘进机虚拟仿真平台设计

悬臂式掘进机广泛应用于煤矿井下巷道施工,掘进机的培训包括传统的书本教学方法和基于井下实际操作的训练方法,但是由于其场地和安全的局限性,无法满足训练要求.针对这一现状,利用虚拟现实技术和交互仿真技术构建了悬臂式掘进机虚拟仿真平台.该平台采用三维建模技术,使用多边形建模方法制作了悬臂式掘进机、转载机、供电系统等三维模型;运用Unity3D引擎驱动三维模型组成的虚拟场景,采用场景优化技术实时渲染出沉浸式的虚拟场景;在脚本语言C#编程环境下实现操作流程顺序控制、操作描述、三维模型驱动等,实现悬臂式掘进机虚拟仿真培训.培训结果表明,沉浸式人机交互可达到与实物培训相类似的效果,提高使用者学习和操作悬臂式掘进机的效率.     

森林场景可视化和林火模拟仿真技术研究综述

森林是生态环境系统的重要组成部分。随着气候变暖,恶劣气候气象条件造成全球森林火灾频繁发生,给国民经济和消防救援带来巨大挑战,森林火灾已成为全球主要的自然灾害。因此,森林场景可视化建模、3维场景仿真、林火模拟仿真、火场复现、预测和灾害评估成为林业虚拟仿真研究热点。本文对树木形态结构建模技术、森林场景大规模重建和实时渲染、森林场景可视化、林火模型和林火模拟仿真等前沿技术和算法进行综述。对相关的林木、植被的形态结构表达和真实感可视化建模方法进行归纳分类,并对不同可视化方法的算法优劣、复杂度、实时渲染效率和适用场景进行讨论。基于规则的林木建模方法和基于林分特征的真实场景重建方法对大规模森林场景重建技术进行分类,基于物理模型、经验模型和半经验模型对森林火灾的林火模型、单木林火、多木林火模拟和蔓延进行总结,对影响林火蔓延的不同环境气象因子（如地形地貌、湿度、可燃物等）和森林分布对林火发生、扩散和蔓延的影响进行分析,对不同算法的优劣进行对比、分析和讨论,对森林场景可视化和林火模拟仿真技术未来的发展方向、存在问题和挑战进行展望。本文为基于森林真实场景的森林火灾模拟仿真和数字孪生沉浸式互动模拟系统的构建提供了理论方法基础,该平台可以实现森林场景快速构建、不同火源林火模拟、火场蔓延模拟仿真以及不同气象影响条件的火场预测,可对森林火场救援指挥、火场灾害评估和火场复原提供可视化决策支持。     

基于OpenGL的钻井三维场景动态仿真

为能在脱离钻井现场的情况下向学员展示钻井操作的工艺流程,开发基于OpenGL的钻井三维场景仿真系统．利用3DSMAX构造复杂的钻井设备模型;在OpenGL平台中调用该模型,并利用双缓存技术控制各三维模型在场景中平滑的运动,实现钻井三维场景的动态仿真．该系统可以逼真地仿真正常钻进、起下钻、卸扣和上卡等多种钻井工艺流程．     

基于三维仿真的输（调）水系统实时调控实现平台研究

以南水北调中线工程为例,研制基于三维仿真的输(调)水系统的实时调控实现平台。研究虚拟仿真平台的构建、海量数据的分页调度、碰撞检测、闸门建模等技术,实现场景三维可视化与漫游、二维导航图与三维场景的实时联动、基于三维场景的集成查询与显示、基于水量调度模型的调水方案的分层显示、基于水动力学模型的三维水面动态模拟和流场动态可视化、基于实时调控的闸门可视化动态仿真等功能。该平台可为南水北调中线工程运行管理决策支持系统建设提供技术支撑,并为相似工程提供借鉴。     

基于AutoCAD和3DSMAX的虚拟校园三维场景构建研究

当前的虚拟校园三维场景构建方法是利用osgEarth获取GoogleEarth数据,构建虚拟校园三维地图,然后依据本地地形信息与三维场景模型完成对虚拟校园的三维场景构建;该方法在三维场景构建过程中没有考虑到校园后续建设发展,只凭现在所需进行三维场景构建,导致虚拟校园三维场景杂乱,存在虚拟校园三维场景构建顾虑不周的问题;为此,提出一种基于AutoCAD和3DSMAX的虚拟校园三维场景构建方法;该方法首先利用Kinect的RGB深度摄像头获取校园平面数据、影像数据和贴图资料,采用相机阵列合成算法对所得校园图像进行特征提取,然后依据非局部均值滤波方法对获取的校园图像进行去噪操作,最后利用边缘方向和梯度表示中的结构方向与强度,对校园图像外轮廓的纹理特征进行收敛,依据外轮廓纹理特征收敛实现校园图像内轮廓的准确定位,将校园图像与虚拟校园三维场景构建所需图像进行匹配,由此完成对虚拟校园三维场景的构建;实验结果证明,所提方法是虚拟校园三维场景构建领域革命性的突破,提高了学校的招生率,增加了校园文化历史的展现机会,为该领域的研究发展提供了有效依据。     

基于VR的驾驶仿真及安全教育系统开发

针对全国道路交通事故高发现状及传统驾驶安全教育方式单一、培训效果差的缺点,基于虚拟现实技术（VR）,在引发交通事故人为因素理论基础上,开发驾驶仿真及安全教育系统。系统基于Unity3D引擎,构建了基于道路实景数据的虚拟场景,并联合SUMO实现了道路交通流仿真,通过VR技术仿真驾驶环境及驾驶行为;基于碰撞检测原理,建立了关卡违规触发机制,编码自定义屏幕空间渲染方式模拟驾驶员视觉效果,并构建了基于图像的交通事故现场三维全景,从认知、感知层面培训驾驶员安全驾驶。实用性测试结果表明,系统实现了不同道路场景、气象条件与交通状况下的驾驶模拟及安全培训,增强了使用者的学习兴趣,提高了使用者驾驶安全素养,具有较强的实用性。     

基于移动互联网的小型水库大坝安全巡查系统应用及研究

广东省小型水库数量众多、分散、管理难度大的特点给水利部门的管理工作带来诸多不便,而水库大坝现场巡查是大坝安全管理不可或缺、极为重要的环节。基于移动互联网和GIS技术,结合"一个登录门户,分级权限管理"的设计思想,以信息采集层、网络传输层、资源共享层、综合业务应用层的架构设计小型水库大坝安全巡查系统,分别介绍系统中的采用Java EE开发的水库大坝巡查管理平台,以及基于Android/iOS的移动巡查终端的业务流程、功能实现等内容。该系统能够明确水库大坝的巡查部位、频次和路线,规范巡查行为,进一步提升水库大坝安全管理标准化、专业化水平。     

基于特征描述及纹理的桥梁三维建模方法研究

该文针对桥梁的具体特点,对桥梁建模的常用方法进行了分析和研究,并在此基础上提出了一种基于特征描述及纹理技术的桥梁建模方法。对桥梁使用特征描述法进行描述,首先将其用各种不同的参数来进行预定义,然后根据这些特征参数分别对组成桥梁的各部分构件进行建模,最后再根据桥梁的位置参数及数量参数将各构件组合起来,完成建模过程。应用纹理映射技术来对桥梁构件中建模过程长且对虚拟仿真效果影响较小的构件进行建模。文中着重介绍了应用透明纹理技术对斜拉索桥的拉索部分的表达方法。该文提出的建模方法简化了桥梁的建模过程,加快了桥梁建模的速度,且其最终的实现效果可满足虚拟漫游场景仿真的要求。