大规模环境下基于激光雷达的机器人SLAM算法

为解决大规模环境下机器人的同时定位和地图构建(SLAM)问题,提出一种基于Rao Blackwellised粒子滤波器的SLAM算法. 通过选取稳定且易于区别的特征点,发展了一种基于全局约束的数据关联方法,有效地减少了误匹配的概率;采用改进的粒子分布预测函数,提高了粒子滤波器的性能.实验结果表明,该算法具有较低的计算复杂度,精度也比较高,能够有效地解决大规模环境下的机器人SLAM问题.     

基于回卷恢复的数控系统实时容错调度策略

针对数控系统对时间确定性和可靠性的要求,建立混合关联任务集描述模型,提出了基于回卷恢复机制和最佳优先（BF）算法的容错调度策略.该策略对数控系统关键任务的执行过程进行周期性分段验证,通过保存正确的检查点状态,使得出现瞬时故障时任务可以从检查点开始继续执行,从而以较低的计算损失达到容错的效果.与传统的实时容错调度算法相比,基于回卷恢复机制的容错调度策略能很好地适用于数控系统多类型任务并存和任务间相互约束的特点,同时,通过降低错误恢复所需的时间开销,有效地提高了系统的资源利用率.该算法应用于数控系统的有效性在实例分析和算法模拟研究中得到验证.     

基于操纵平稳性的液压挖掘机轨迹规划方法

以既能达到良好的轨迹规划精度,又有优良的操纵平稳性为目标,提出了一种挖掘机器人的智能轨迹规划方法.以挖掘姿态角为优化变量;油缸进程和加速度梯度为双目标;位置盲角和最佳切削范围为约束建立优化数学模型,采用遗传算法寻找最优值.对3种规划策略：被动修正法、主动调整法和智能规划法进行了行程和速度梯度对比,结果表明,采用优化规划方法可以大幅减少液压系统冲击和振动,使挖掘机操纵更加平稳.     

基于位置和程度指标的结构损伤识别研究

为提高结构损伤识别的精度,提出基于动、静态数据融合的位置指标和完全基于频率的位置指标,并采用学习速率自适应调整的新型BP神经网络学习算法,其特点是在网络迭代过程中根据网络学习误差来调整学习速率的取值,该方法有效地克服了传统BP网络学习过程中容易陷入局部极小和收敛速度慢、学习效率不高的缺点,进一步讨论了参数输入方式对网络识别效果的影响,分别采用两步诊断法和一步诊断法进行损伤识别.结果显示,两步诊断法对损伤位置和程度的识别正确率较高,而一步诊断法识别效果却不令人十分满意;减少位置指标和程度指标的输入个数对损伤识别结果有显著的影响.     

连续相位调制的定时-频偏联合估计方法

针对连续相位调制信号的同步问题,研究了一种定时-频偏联合估计算法.算法分3步实现：(1）对接收基带信号差分并平方,得到四阶非线性变换值;（2）求其二阶统计量;（3）基于该统计量联合估计定时偏差和载波频偏.通过改变载波频偏值及参与二阶统计量计算的符号数,对定时同步及频偏估计性能进行研究.在加性高斯白噪声信道及Rice慢衰落信道下分别进行仿真.加性高斯白噪声信道仿真表明,算法在载波频偏达到15%符号率条件下仍有出色同步性能,当参与估计的符号数等于64时,定时偏差和频偏均方误差分别达到10－6及10－5以下;低信噪比不影响算法定时恢复性能.Rice慢衰落信道仿真表明,算法具有一定的抗衰落能力,适当改变Rice信道模型参数能提升其性能.算法采用非数据辅助方式及前馈结构,同步捕获快速,实现简单,适合于突发通信.     

一种新的基于多信息测度融合的边缘检测方法

针对高强度噪声图像, 提出了一种新的基于信息测度概念和Dempster Shafer(DS)证据理论的边缘检测算法. 利用邻域一致性、方向性和结构性3种信息测度定量描述边缘特征; 引入检测不确定性, 根据各信息测度响应分布设计基本可信度分配函数, 并利用DS合成规则加以融合; 融合后根据组合决策规则将像素分类成边缘与非边缘. 实验通过检测结果以及Pratt品质因数的分析比较, 表明该算法能够有效地区分边缘点和噪声点. 在低噪声情况下, 检测性能与传统检测方法相近; 而对于高强度噪声图像, 该方法具有较强的噪声免疫力.     

超大功率固态激光器的介质温度场分析

利用有限元分析的方法,对在二极管抽运的超大功率（10~100 kW或更高）Nd3＋:GGG板状激光器的热稳态（CW）和热容量 (Heat Capacity)两种工作模式中的激光晶体的温度场分布,及其随工作时间变化情况进行了模拟分析,为热透镜效应提供了详尽的基础数据.研究表明,在热稳态模式下,加大冷却气体的流速可以改善晶体温度分布,减小热透镜效应,但改善程度有限;在热容量模式下,激光的发射和冷却过程在时间上分离,减小晶体应力和光学畸变,改善了输出激光质量.尺寸为10 cm×10 cm×2 cm单片晶体在26.6、38.6、53.2和66.5 kW的抽运下,晶体最高温度分别为70.6、93.6、121.0和146.8 ℃,准连续工作时间分别为7.8、8.5、9.0和12.4 s,该结果与实验测量相符合.由此得到：在热容量模式中,单片厚度为2 cm的Nd3＋:GGG输出功率面密度的极限为170~200 W/cm2.     

柴油机工作过程计算中排放物模拟与实验研究

为了提高原有的柴油机工作过程计算模型模拟能力,在分析柴油机有害排放物生成机理的基础上,提出了排放物中NOx、HC和CO的预测子模型.在工作过程计算中,燃烧过程采用现象学准维燃烧模型;用广义Zeldowich不平衡原理建立NOx的数学模型;采用化学平衡和反应动力学原理建立HC和CO的数学模型.用该模型对LD485型直喷柴油机的排放物进行了模拟计算,得到了3种排放物在缸内的生成过程,分析了不同转速下对这些排放物生成规律的影响.用13工况法进行了实机排放测量.结果表明,排放物的生成量随转速升高而升高,模拟计算结果与采集得到的数据吻合较好.     

基于正交补空间的人脸识别

为了实现人脸识别免于特征提取,提出了一种基于正交补脸(OC-faces)的人脸识别方法.该方法基于空间正交分解理论,对不同类的原始训练样本进行Gram-Schmidt正交化,以正交化后的基张成各个不同的子空间,将测试样本分解为子空间投影及子空间正交补两部分.正交补的范数体现了测试样本到各类子空间的距离,并以此作为分类的依据.在Yale库和AT&T库上的实验结果表明,与主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)两种经典识别手段相比,该方法有更好的识别效果.     

保单调插值的奇异混合三角/双曲B样条

为了使得插值曲线保单调,设计了两类新的平面参数曲线及其保单调插值算法.计算奇异混合函数,把三角/双曲多项式B样条曲线与奇异多边形通过奇异混合函数混合,无需解方程组或繁琐的迭代,得到自动插值给定平面点列且C2(或G1)连续的带形状参数的复合曲线,尤其能得到摆线、螺旋线、双曲线、悬链线等各类超越曲线.通过把插值曲线的导矢分量转化为类Bernstein多项式,并且利用Bernstein多项式非负的充要条件,得到插值曲线单调的充要条件,获得形状参数合适的取值范围. 该方法简单方便,所得参数范围保证了插值曲线保单调.     

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。     

基于TMS的数字孪生城市分层影像数据实时绘制方法

三维地形绘制在军事、农业、交通、智慧城市等众多行业中应用广泛,其中影像数据的处理方式主要采用空间网格划分和建立不同层级的瓦片数据。为了提高三维地形的分辨率,切割的瓦片数量呈指数增长,海量瓦片数据的访问、索引和绘制都是需要攻克的技术难题。本文提出了一种基于TMS的分层影像数据实时绘制方法以解决这些问题,并解决不同层级影像衔接处出现严重色差的问题。在该方法中,构建了不同影像层的服务对象,并实现了大量数字孪生城市分层影像的层级、顺序、位置的灵活控制管理。同时,根据视口中的加载瓦片的相对优先级,存入高、中、低三个队列,以加速瓦片数据的调度与绘制。为了加速影像瓦片索引获取,根据视口内的瓦片矩阵范围计算屏幕像素大小,获取影像瓦片的初步层级后与当前文件资源的层级比较确定影像的最终层级,然后计算视口内影像瓦片的索引和根据经纬度、层级计算行列号,从而形成影像资源的请求路径。最后,在多层影像绘制过程中,根据影像层级大小依次从最底层开始两两图层依次混合,得到正确的混合结果。本文针对实际应用中的近、中、远景及沿海等多层影像数据进行了三维地形绘制实验,结果表明,在NVIDIA 2070显卡上能够达到300 FPS的高实时性能,并且达到无影像层级色差且高质量的绘制效果。因此,本方法能够灵活地绘制大规模多层级影像数据,构建出数字孪生城市场景的三维地形。     

基于不规则三角网的分块地形网格生成算法

利用不规则三角网(TIN）拓扑灵活性,研究了一类基于TIN的分块地形网格生成算法.经典分块层次细节（LOD）程序采用基于半规则三角网（SRN）的网格生成算法,存在冗余顶点过多的缺陷.新算法基于Delaunay网格生成技术,可生成不包含任何冗余顶点的TIN.给出地形绘制算法总体框架以及基于SRN的分块地形网格生成算法,指出冗余节点的产生机理,讨论基于TIN的分块地形网格生成算法,重点研究基于Bowyer-Watson增量插点内核的Delaunay网格生成算法及其健壮性问题,同时给出三角形条带化的技术途径.实验结果表明,在典型的应用中,新算法能使简化后的分块地形网格规模降低3 成左右,这不仅减少了中间文件大小,也有利于提升后续的绘制效率.     

一种大规模地形的实时绘制算法

提出了一种视点相关的地形连续细节层次 (LoD)模型的实时生成及绘制算法 .该算法采用一种基于四叉树的自顶向下的细分来实时生成地形连续LoD模型 .算法中 ,以屏幕误差的估算值作为细分的依据 ,并实现了基于三角形的细分 .讨论了快速裁剪、地形连续LoD模型的生成、强制分裂、三角形化等地形可视化中的关键问题 .在PⅢ 5 5 0MHz,2 5 6MBRAM ,Geoforce2 5 6的硬件平台上 ,本算法可实现对 4K× 4K个采样点地形的实时漫游 .实验表明 ,本算法具有较低的时间、空间开销 ,适于大规模地形的实时可视化     

Hybrid Level of Detail Algorithm for Real-Time Rendering of Large-Scale Terrain

Real-ti me rendering of terrain model is one of themost difficult tasks of computer graphics,especiallywhen the scale of a terrain model is very large.LODis ani mportant techniquetoresolvethis problem.Ac-cording to the evolution,there are two kinds ofLOD:…     

Terrain Rendering LOD Algorithm Based on Improved Restrictive Quadtree Segmentation and Variation Coefficient of Elevation

Aiming to deal with the difficult issues of terrain data model simplification and crack disposal, the paper proposed an improved level of detail (LOD) terrain rendering algorithm, in which a variation coefficient of elevation is introduced to express the undulation of topography. Then the coefficient is used to construct a node evaluation function in the terrain data model simplification step. Furthermore, an edge reduction strategy is combined with the improved restrictive quadtree segmentation to handle the crack problem. The experiment results demonstrated that the proposed method can reduce the amount of rendering triangles and enhance the rendering speed on the premise of ensuring the rendering effect compared with a traditional LOD algorithm.     

复杂几何模型动态视相关的简化

基于三角形网格边折叠的思想，提出了一种新的多边形简化算法以快速生成多层次细节的LOD模型，在折叠边的代价估计中，均衡考虑了多涟形边的长度和多边形表面曲率影响，折叠边的顶点位置从折叠边的顶点中选取，既有助于保留了初始模型的形状，又减少运算量，满足实时绘制的需求。在依据视点选择适当LOD模型时，采用了项点morphing技术光滑多边形模型，减少不同层次LOD模型转化时引起的图像‘跳跃’。在算法实现中，采用增强的多边形数据结构，并用一算例证明了算法的有效性。     

基于四叉树的三维地形绘制算法

针对当前三维地形虚拟现实研究中存在的难点,参考比较国内外专家提出的多种模型算法,对其中应用最广泛的层次细节模型（LOD）改进。以四叉树结构为基础组织地形数据,采用视点参数和地形本身粗糙程度两种因素相结合构造节点评价算法,并给出算法实现及其网络扩展方案。实验结果证明,该算法在基本保持视觉效果不变的情况下,极大地提高了虚拟地形场景的绘制速度。     

三维CAD特征模型的多分辨率造型

为满足工业界对特征表示的三维CAD模型的特殊需求,提出了一种新型三维CAD模型的多分辨率造型方法,解决了传统多分辨率造型方法的许多不足：简单基于模型几何操作、不含工程设计信息和无法根据设计意图简化等.通过分析特征间的相互依赖关系,设计了一种“去依赖特征抑制”（de-dependence feature suppressing, DDFS）操作,以实现模型的任意层次简化.实践表明,该多分辨率造型方法不但可以大大降低模型复杂度,而且其简化模型更加符合工程设计人员的意图.     

一种基于视点的纹理渲染方法

提出了一种基于视点的纹理渲染的方法.根据与视点相关和视觉重要度来选择相应分辨率的纹理,结果显示这种方法能有效地有效的减少纹理的渲染量,同时保证了显示的质量.