基于虚拟现实技术的康复训练系统设计与实验验证

已有的一系列研究表明,在数字虚拟环境中引导患者进行运动机能的康复训练,可以使趣味性与视觉和听觉刺激联合作用于患者,提高康复训练的效果。主要介绍基于OptiTrack运动捕捉系统平台,通过自行开发的数据转换传输通道,将实时捕获的受训者的三维坐标数据传送给3D Studio MAX进行三维重建,初步实现真实环境的对象与其在虚拟空间的三维模型实时同步,实现两者在信息上的实时交互和反馈。在此基础上,组建了基于数字虚拟技术的康复训练实验研究系统,开发了虚拟模型人的两个康复训练动作:肘关节屈曲90°的粗大动作、手臂旋前和旋后的精细动作。经实验验证,该实验研究系统针对上述两个训练动作,可以实施引导受训者进行训练,同时实时追踪受训者,并给予受训效果评估。     

基于图像运动的三维重建及虚拟化应用

提出了一种稳定、快速地获取摄像机视频运动图像的三维重建方法,并对该运动图像做适当的虚拟化处理以展示重建效果。采用基于尺度不变特征点匹配的摄像机标定进行三维重建。尺度不变特征对于视频图像中的特征具有优秀敏锐的匹配能力,极大地放宽了摄像机标定对于设备上的限制,拓宽了实时三维重建的适用范围。通过对系统的一系列优化,不但提升了三维重建的精度,减少了错误匹配对摄像机标定的影响,而且进一步提升了处理速度。通过在三维重建的基础之上进行虚拟化处理,展示了本系统的三维重建效果。实验结果表明,该系统适用范围广,处理速度较快,重建精度高,实现了基于视频运动图像的三维重建。     

动态场景的三维重建研究综述

随着静态场景三维重建算法的不断成熟,动态场景三维重建算法成为近年来的研究热点和研究难点。现有的静态场景三维重建算法对静止的对象有较好的重建效果,一旦场景中对象出现变形或者是相对运动,其重建效果不太理想,因此发展对动态场景的三维重建研究工作是相当重要的。简要介绍三维重建的相关概念及基本知识、静态场景三维重建和动态场景三维重建的研究分类及研究现状;全面总结了动态场景三维重建研究最新进展,将动态场景三维重建按照基于RGB数据源的动态三维重建和基于RGB-D数据源的动态三维重建进行分类,其中RGB数据源下又可划分为基于模板的动态三维重建、基于非刚性运动恢复结构的动态三维重建和RGB数据源下基于学习的动态三维重建,RGB-D数据源下主要总结归纳基于学习的动态三维重建,对各类典型重建算法进行了介绍和对比分析;介绍了动态场景三维重建在医学、智能制造、虚拟现实与增强现实、交通等领域的应用;提出了动态场景三维重建的未来研究方向,并对这个快速发展领域中的各个方向研究进行了展望。     

飞机复杂机构虚拟培训场景运动建模方法

针对含有飞机复杂机构的虚拟培训场景建模过程复杂、生成的场景帧率低、交互性差等问题,提出一种虚拟场景建模方法。首先,对原动件在其运动范围内进行运动状态采样;然后利用机构仿真平台进行运动学建模与解算,获取所有零件的运动状态作为机构的运动状态库,并对运动状态库进行压缩;最后,在虚拟现实引擎中将库文件与经过材质编辑的网格模型融合,采用索引、插值替代实时解算,以获取零件的位置姿态数据,生成虚拟场景。使用起落架收放机构与后缘襟翼收放机构进行实验,结果表明,该方法可以实现真实感强、交互性好的飞机复杂机构虚拟培训场景运动建模。     

基于运动恢复结构方法的植株三维重建

为了探究基于运动恢复结构(Structure From Motion, SFM)方法的植株三维重建模型的效果,为植物三维重建工作提供研究案例,本文以紫叶鸭跖草(setcreasea pallida)为研究对象,在搭建序列图像获取平台的基础上,选取35幅、75幅、105幅序列图像进行三维重建的对比分析;同时从植株表型参数方面,对植株三维重建模型进行精度评价。结果表明：75幅图像序列的重建效果最好;不同图像序列的模型计算的植株高度相对误差（Relative Error, RE）均小于2.5%,决定系数（coefficient of determination, R2）均大于0.998;不同图像序列的模型提取叶片长和叶片宽的RE均小于2.89%,R2均大于0.958。因此,序列图像的数量与重建模型的效果有关,但二者并非呈正相关关系;序列图像的数量对重建叶片的长与宽的误差影响较小;SFM方法应用于结构比较复杂的植株的三维重建可以取得较好的重建效果。     

I-DEAS中复杂三维模型交互操作的实现

本文介绍了虚拟现实技术及VRML语言在虚拟现实中的作用。以I-DEAS为例分析了目前CAD平台中针对三维模型交互操作的不足，重点探讨了实现VRML场景中复杂装配件交互操作的通用方法，成功实现了I-DEAS中复杂三维模型交互操作。     

一种基于静态图像的快速室内外场景建模方法

基于图像绘制（IBR）技术来建立具有真实感的虚拟环境是近年虚拟现实技术研究的热点,文章讨论了利用计算机图形学的全景拼接技术进行室内外场景三维重建以及漫游系统设计的具体实现方案。通过将系统分解成全景图制作和全景空间编辑以及测览三部分,实现了室内外场景的全景制作与漫游。     

基于三维重建的视景仿真系统设计与实现

基于三维重建的视景仿真系统主要对三维重建技术、虚拟现实技术和目标检测技术进行研究,该视景仿真系统能够实现对厂区的三维交互式漫游,使用户获得沉浸式游览体验。本系统所用技术能广泛应用于各种装备训练模拟器,降低训练成本,提升训练效果。     

乡村振兴背景下海绵城市虚拟全景影像快速重建研究

针对传统三维重建技术存在稀疏点云数据特征提取精度低,导致对海绵城市虚拟全景影像无法快速重建的问题。提出一种基于乡村振兴背景下的海绵城市虚拟全景影像快速重建方法。此方法采用基于无人机影像的分段式恢复结构算法进行影像特征提取和场景稀疏点云重建;之后根据无人机影像分组顺序对各分组重建结果进行拼接合并,以实现三维空间点和相机位姿优化,最终构建更精准的场景点云,实现全景影像快速重建。实验结果表明,相较于传统的openMVG点云重建方法,本方法的点云重建数量为openMVG的4倍,且重建时间比openMVG方法快了2.91倍。采用两种方法对海绵城市真实场景进行全景影像重建后可知,本方法的残差平均值为0.67px,比openMVG方法的残差减小了0.12px,精度提升了15.19%。综合分析可知,本方法具备较高的重建精度,可有效减少误差累积,消除漂移,从而精准进行海绵城市虚拟全景影像快速重建。     

复杂场景中动态简化层次的构造

多细节层次描述（简称ＬｏＤ）是实时绘制复杂几何场景的一种有效工具。基于层次结构的动态简化方法能够根据视点的变化，实时连续地转换场景细节模型。本文提出了一种改进的动态网格简化框架，它利用顶点映射机制支持不同细节层次之间的快速连续转换，同时还给出了建立和维护复杂场景动态简化层次结构的方法。     

Image-Based Modeling by Joint Segmentation

The paper first traces the image-based modeling back to feature tracking and factorization that have been developed in the group led by Kanade since the eighties. Both feature tracking and factorization have inspired and motivated many important algorithms in structure from motion, 3D reconstruction and modeling. We then revisit the recent quasi-dense approach to structure from motion. The key advantage of the quasi-dense approach is that it not only delivers the structure from motion in a robust manner for practical modeling purposes, but also it provides a cloud of sufficiently dense 3D points that allows the objects to be explicitly modeled. To structure the available 3D points and registered 2D image information, we argue that a joint segmentation of both 3D and 2D is the fundamental stage for the subsequent modeling. We finally propose a probabilistic framework for the joint segmentation. The optimal solution to such a joint segmentation is still generally intractable, but approximate solutions are developed in this paper. These methods are implemented and validated on real data set.     

在Vega平台下实现三维可视化仿真的特殊效果

在OpenGL等主流开发平台上做特殊效果编程,常显得繁冗复杂。应用Vega工具,通过预定的扩展接口,可方便实现多种特殊效果,在体现视景仿真高逼真度的同时提高编程效率。采用Multigen公司的Lynx工具构建了虚拟场景应用定义文件,分析了特殊效果的主要涉及参数,结合C++语言编程实现了一个小型三维作战仿真环境,用实例表现出在可视化仿真系统中基于Vega平台的特殊效果的实现方法。     

基于VRML的三维建模技术

计算机图形学和网络技术的迅速发展推动虚拟现实的应用,叙述作为实现虚拟现实的建模语言VRML的特点和组成,重点研究用VRML语言建立三维模型的方法,详述模型开发过程中的建模、转换、装饰和交互等关键技术。     

大型桥梁的三维建模与虚拟仿真

利用3DS Max建模软件和中视典数字科技有限公司自主开发的VR-Platform虚拟现实平台软件的结合,探讨了大型桥梁虚拟漫游系统的设计,介绍了虚拟现实的应用和发展前景,讨论了三维场景构建与交互漫游实现过程中所使用的技术,展现了虚拟现实技术在大型桥梁设计中的强大功能．证明了这种方案是切实可行的。     

大型桥梁的三维建模与虚拟仿真

利用3DSMax建模软件和中视典数字科技有限公司自主开发的VR-Platform虚拟现实平台软件的结合,探讨了大型桥梁虚拟漫游系统的设计,介绍了虚拟现实的应用和发展前景,讨论了三维场景构建与交互漫游实现过程中所使用的技术,展现了虚拟现实技术在大型桥梁设计中的强大功能,证明了这种方案是切实可行的。     

虚拟环境中基于约束动态解除的产品拆卸技术研究

虚拟拆卸是验证产品可拆卸性与可维护性、确定产品装配序列的有效手段．提出虚拟拆卸过程中配合约束的自动解除方法．随着拆卸过程的递进，根据设计者的交互意图，适时取消零件所受的配合约束．实现了虚拟拆卸过程中零件的约束运动，将运动传感器检测到的设计者手的实际运动映射到虚拟环境中零件的可自由运动空间，以有效地支持虚拟环境中交互拆卸的完成．相关方法在虚拟设计与装配原型系统的研究与开发中得到实现．     

动态浓烟建模与实时绘制技术研究

基于气体动力学和粒子系统理论,本文给出了一种实时生成动态浓烟的方法。算法以球为基本粒子对烟进行造型,采用动态纹理映射技术和透明度扰动方法,来模拟烟的浓淡变化,采用简化物理方法,来描述浓烟的运动。与传统的粒子系统和随机湍流运动模型相比,该算法既正确模拟了烟的行为,又降低了计算复杂性,真实再现了动态浓烟的视
视觉效果。     

摄像机沿光轴运动下的场景三维重建

讨论了采用针孔摄像机进行摄像机沿光轴运动下的场景三维重建的方法．基于摄像机轴向运动的特点和性质,利用该方法找到图像间的缩放因子,进而解决了轴向运动下的特征匹配;采用Sturm的摄像机自标定方法得到摄像机的内外参数;从而实现了摄像机沿光轴运动下的场景三维重建．