前视末制导地面目标红外场景生成算法研究

提出了一种基于遥感信息的前视末制导地面目标红外场景生成方法。首先,利用遥感信息生成目标区域可见光三维场景,作为场景仿真的基础模型;然后,通过建立目标及背景的温度模型、红外温度-辐射模型,计算出目标及背景的红外辐射值,针对仿真目标区域的特点进行建模仿真。最后,采用了一种基于可见光纹理的背景真实感合成方法,增强场景的仿真效果。通过对比实测温度和红外实时图以及灰度相关匹配实验,结果表明,本文方法真实地反映了目标区红外辐射变化规律,具有较好的逼真程度。 更多还原     

基于两视处理的单通道SAR地面运动目标检测和定位

提出一种基于两视处理的单通道合成孔径雷达运动目标检测和定位方法．该方法根据静止场景和运动目标的多普勒谱的偏移不同,先把回波的多普勒谱分成对称两段分别成像。然后对两子视合成孔径雷达图像进行非相干相减，从而对消地杂波，增强数据的信杂噪比,提高运动目标检测能力,在对运动目标进行定位时．从合成孔径雷达图像中加窗取出运动目标的复信号并计算其多普勒谱。通过估计运动目标多普勒谱相对于静止目标的平移量．可对运动目标进行较准确的定位并可进一步降低虚警概率。     

面向在轨测量任务的伴飞机器人三维仿真系统

为了避免空间伴飞机器人末端探测器与自身载体或者与待测航天器之间发生碰撞,在实际进行在轨测量之前,需要对其末端探测器轨迹规划方法进行充分的三维图形仿真.针对现有空间机器人地面仿真系统不能可视化的问题,设计了一种基于虚拟现实技术的三维仿真系统.首先,建立了基于Open Inventor的空间机器人三维实体几何模型,并构建反应空间机器人逻辑位置的三维仿真场景.然后,基于数据传输技术和构建的三维仿真场景建立了空间机器人可视化三维仿真系统.最后,建立空间机器人运动学模型并对空间机器人末端执行器跟踪的圆弧轨迹进行规划.仿真结果表明,利用该系统可直观得到空间机器人的运动过程以及空间机器人载体的运动特性,有利于空间机器人的轨迹规划和控制算法的仿真研究,可避免因不当轨迹规划而造成空间机器人发生碰撞.     

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.     

基于HDR的延迟光照技术

在研究光照模型的基础上,重点分析了延迟光照技术和高动态范围(HDR)技术,并研究了基于高动态范围技术的延迟光照技术,在延迟光照的后处理阶段引入高动态范围技术,发挥两者的优点,基于GPU实现了加速绘制。实验证明,使用基于高动态范围技术的延迟光照技术,表现的场景更加真实,细节表现更加丰富。在延迟光照中,使用高动态范围技术,虽然降低了绘制速度,但仍然达到了25FP/s。     

3D混杂场景中机械臂自主分拣小目标的方法

为解决机械臂在大小目标共存的3D混杂场景中无法利用3D视觉传感器直接感知分布于操作视场范围内的小目标这一难题,提出一种基于"固定安装的全局Kinect深度相机"与"安装在机械臂末端执行器上的移动相机(手眼相机)"相结合的视觉系统混合配置方法.固定的全局Kinect深度相机用于感知并获取视场范围内的大目标点云,进而识别估计其位姿,然后借助路径规划技术引导机械臂到达大目标的上方,启动手眼相机近距离获取小目标的图像;离线阶段获取小目标的CAD模型,虚拟2D相机在以目标中心为球心的虚拟球表面的不同位姿和不同半径处拍摄目标的一系列二维视图,并且储存在目标的3D形状模板数据库中;在线阶段从真实手眼相机拍摄的场景图像中基于图像金字塔分层逐一搜索匹配,找到与目标模板相匹配的所有实例并计算其二维位姿,经过一系列转换后得到在相机坐标系下的初始三维位姿,应用非线性最小二乘法对其进行位姿修正.由ABB机械臂和微软Kinect V2传感器以及维视图像公司的工业相机进行位姿估计精度实验和混杂目标分拣实验,利用棋盘标定板来测定目标真实的位姿.实验结果表明,位置精度0.48 mm,姿态精度0.62°,平均识别时间1.85 s,识别率达到98%,远高于传统的基于特征和基于描述符的位姿估计方法,从而证明了提出方法的有效性和可行性.     

兼顾远场和近场性能的便携式三维声纳设计

为了降低三维成像声纳系统的复杂度,并保证系统在整个水下探测范围内具有准确的波束图,提出兼顾远场和近场性能的便携式三维成像声纳设计方法. 该设计采用十字型阵列实现三维声纳成像,相比平面阵,极大降低了硬件复杂度,设备灵活轻便. 针对发射阵列,提出近场条件下的多频发射波束形成算法,根据十字型阵列的景深划分多个发射聚焦区间,并通过菲涅尔近似,配置各聚焦区间的时延参数,保证近场的波束性能. 针对接收阵列,提出优化的CZT (chirp zeta transform) 波束形成算法,可实现远场和近场条件下的快速波束形成,且计算量低于其他波束形成算法. 仿真实验表明,在近场聚焦区间内,该算法的角度分辨率和旁瓣高度变化差异较小,波束图性能稳定. 实际水下实验证实该设计可以在探测场景内获得清晰的水下三维图像.     

分形递归树的森林景观实时模拟方法

为真实地模拟自然界的森林景观,在利用分形递归算法构建参数化三维树木模型的基础上,结合OpenGL函数,将纹理映射、Alpha测试和地面阴影应用到树木的真实感绘制中．并在算法中引入随机数,实现大小不同、形态各异的树木生成．绘制时,根据视点距离的远近,调整场景的精细程度,以符合视觉效果,且加快了图形生成速度．以此方法构造森林,可改变观察者的视点位置,实现对森林景观的实时模拟．     

基于Cesium的城市内涝模拟三维可视化方法

针对城市内涝研究中存在的问题,通过分析水文模型数据中的关系模式及结构特征,研究水文模型与三维可视化结合的集成方法,探索城市内涝演化过程及机理与三维可视化的结合. 基于SWMM模型,利用开源的JavaScript地图引擎Cesium,将内涝模拟结果展示在三维场景中,设计实现了模拟参数可调的城市内涝三维可交互式可视化系统.     

一种快速计算机集成成像

为了提高计算机集成成像技术的记录速度,提出了一种快速计算机集成成像技术。该技术基于无深度反转的一次记录原理,在一次记录过程中,忽略距离微透镜阵列近的物点,而记录距离微透镜阵列远的物点,从而获得无深度反转的微图像阵列。实验中采用Direct3D软件对3Dsmax软件创建的场景进行无深度反转的一次记录,快速地生成微图像阵列,并用光学再现的方式对其进行再现。实验结果证明,该方法的记录时间达到了0.56 s,实现了快速记录,并且真实地、无深度反转地重建出了立体图像。     

虚拟现实中数据库建模

为了更好地存储和使用虚拟现实中的场景数据,提出了一种用关系数据库方式对虚拟现实中场景数据进行建模的方法．采用该方法,比其他建模方法更加规则地表示了场景数据;提高了三维数据的重用性;增强了对三维场景的可维护性;大大扩展了对特定三维数据的应用;更加合理地存储了二维控制台与虚拟场景交互的数据．该方法也为三维场景数据的优化和格式转化提供了一种途径．     

无人机跟踪系统仿真平台的设计与实现

为解决无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)在进行地面目标跟踪实验时,存在验证难度大,成本高等问题,设计和实现了基于视景仿真软件和MATLAB/Simulink的仿真平台.首先,选择汽车作为地面目标,在视景仿真软件中导入UAV和汽车的三维模型,并设置虚拟云台和摄像机.其次,利用UAV、汽车与云台之间的相对运动模拟UAV跟踪过程中场景的变化,基于运动补偿的云台控制算法保证了虚拟摄像机始终指向目标.然后,虚拟摄像机采集目标所在区域的图片,图像跟踪算法跟踪图片中的目标,并利用目标图像模型解算目标在世界坐标系下的位置.最后,根据目标位置,使用参考点制导法生成期望的滚转角指令,引导UAV围绕目标盘旋飞行.视景仿真软件、图像跟踪算法和MATLAB/Simulink之间通过共享内存与UDP进行闭环通信.此外,提出一种实用可靠的标定方法,完成了视景仿真软件中虚拟摄像机内参矩阵的标定.仿真结果表明:该仿真平台能较好地模拟UAV对不同运动状态汽车的跟踪,得到的仿真结果具有较高的工程参考价值.本文的研究成果为目标跟踪实验提供了良好的仿真环境,有效减少实验成本.     

面向瞬态成像仿真的遮挡目标逆向重构方法

由于瞬态成像硬件系统存在结构复杂、价格昂贵以及性能评估困难等问题,提出了一种新的逆向重构算法,并利用软件仿真的方法建立了瞬态成像链路．该方法首先根据仿真场景简化像素累积函数,并引入检测概率的方法获得三维空间中目标体素的采样; 然后利用射线追踪的方法计算目标的全局检测概率,通过阈值分割得到目标的三维点云信息;最后融合点云进行三维场景渲染．实验结果表明,这种方法能够仿真遮挡目标三维场景的瞬态成像过程,并且逆向重构算法增强了遮挡目标重构的效果．     

Application of 3D Visual Techniques in Daliuta Coal Mine

3D visualization is one of major problems in ＂Digital Mine＂ theory and its technological research field. Through the observation of 3D geological models, spatial structural information, connected with the information of production management hidden in geological data, could be detected. In order to meet the requirement of more efficient coal exploration, a case study of geological characters of the Daliuta Coal Mine is presented in which 3D visual models of the ground surface and geologic bodies are established on the basis of data models and data structures of 3D geology modeling. The main conclusions of this study are as follows： （1） Through analysis and organization of spatial discrete data, the drillhole database is designed with the data of the Daliuta mine; the connections amomg drillhole data are realized and displayed in a 3D environment. （2） Combining real data of the Daliuta mine, drillhole visualization is realized in a 3D environment by using the CoalMiner system. （3） The ground surface modeling of the Daliuta coal mine adopted a surface-data model and a TIN data structure. （4） 3D models of coal seams and rock formations of the Daliuta mine are established, which provide a method for the simulation of complex surfaces of geologic bodies. In the end, the models are applied to the Daliuta coal mine and the result shows that better geological effects are obtained.     

三维场景中角色自动寻径算法研究

以大规模三维场景中角色自动寻径为研究背景,提出一种基于A*算法的高效自动寻路的方法。针对常见三维网络游戏地图,采用RSG结构模型对三维场景的地形数据进行组织,用于实现大规模场景的平原、高山等自然地形地貌的仿真。同时,在RSG结构的地形数据基础上,生成一种基于可编辑的更细致的导航网格数据,用于辅助实现高效的寻径。在A*算法的基础上,对A*算法的启发性进行了扩展,重点研究了在导航网格数据辅助下的全局寻路算法。将该文的算法应用于大规模三维场景的角色自动寻径中,实验结果表明,文中提出的三维场景中角色自动寻径算法,方法简单、导航网格数据编辑方便,适用范围广,具有很好的应用价值。     

应用GPU编程的水声对抗视景系统关键技术

针对水声对抗复杂环境的实时细致再现问题,应用图形处理器(GPU)编程技术,基于开放场景图(OSG)视景引擎研究开发了一套通用的视景仿真系统.设计了系统的体系结构和场景组织,利用投影网格模型和GPU上快速傅里叶变换的方法生成海浪网格;采用纹理映射技术实现了海面的反射和折射效果;并实现了海底的光束、浮帘粒子和模糊效果;依据后续渲染技术模拟了场景的高动态范围(HDR)效果;基于FMOD音频引擎开发了OSG声音节点类,实现了物体三维声音、事件声音和背景声音的播放;基于多播组通信方式,提出了一种同步性较好、可自由拼接和拆分的多通道组合显示方法.实际应用结果表明,该系统具有较好的实时性和更好的显示效果.     

基于Unity3D和Proteus平台的智能家居控制系统的设计与仿真

为提高智能家居控制系统的体验功能,基于Proteus和Unity3D开发平台构建了一个包含家居环境数据采集、通信控制和家居场景搭建的虚拟仿真系统.对该系统进行仿真应用表明,该系统不仅可以在Unity3D场景中显示Proteus平台采集的温度数据和门禁状态,而且也可以通过Unity3D交互界面控制Proteus平台中的硬件,即实现了双向控制; 因此,该系统可以为智能家居控制系统的设计及功能验证提供良好参考.     

基于HLA的OGRE引擎的实现及应用研究

简述了当前可视化仿真技术的应用,并分析了其中存在的一些问题。利用HLA架构在分布式系统设计中可扩展、可重用的特点,结合流行的场景渲染技术,构建了基于网络训练的协同仿真原型系统,有效地解决了仿真系统中存在的场景同步、资料发布和三维场景重构问题,对构建大型仿真系统大有裨益。     

OSG三维渲染引擎在变电站可视化中的应用

OSG三维渲染引擎是一系列的API函数集合,实现了三维场景图形的内存结构管理和绘制。针对变电站内设备种类多、结构复杂等特点,通过OSG三维引擎构建变电站设备的三维场景,采用内存结构优化和动态加载数据等技术,提高系统大数据量的处理效率。通过对变电站设备的静态和动态模拟,实现了三维可视化的变电站仿真培训系统和设备在线监视系统等,在实际应用中取得了良好的效果。     

基于VegaPrime战斗机飞行视景仿真系统研究

为实现对战斗机真实飞行过程的飞行视景仿真,深入研究了操纵杆、Multi Gen Creator、Vega Prime、Visual C++及MATLAB/SIMULINK之间的数据接口技术,通过Multi Gen Creator和Vega Prime建立战斗机三维动态场景,由MATLAB/SIMULINK建立战斗机数学模型进行飞行参数解算,设计了战斗机飞行视景仿真系统。视景仿真结果表明:该战斗机飞行视景仿真系统摆脱了过去应用各类传统视景仿真软件无法模拟战斗机真实运动规律的局限性,实现了战斗机飞行参数与三维视景的无缝衔接,能够真实地模拟战斗机飞行过程。该系统对飞行模拟器的研究及飞行员训练具有一定的参考价值。