复杂环境影响下雷达传播信息圆柱体绘制

雷达传播信息是雷达性能分析的重要依据,通过可视化方法能直观再现雷达传播信息,快速有效地分析雷达在复杂环境影响下的传播情况.本文提出硬件加速的圆柱体绘制方法展示复杂环境影响下的雷达传播变化情况.雷达传播三维体数据采用高级传播模型(Advanced Propagation Model,APM)来计算,该模型综合考虑了不规则地形和大气对雷达传播的影响,能较准确地预测雷达传播效果.充分利用目前图形硬件的可编程性,在图形硬件中通过坐标转换,扩展直接体绘制方法,采样APM得到的圆柱形体数据,实现了雷达传播信息圆柱体绘制的实时渲染,最后通过颜色选择器为雷达传播信息映射不同的颜色和透明度,分类显示雷迭传播信息.该方法适合用于雷达性能分析,能有效地辅助雷达设计和部署.     

基于Creator的公路虚拟仿真大地形生成方法研究

目前基于Creator生成的公路虚拟仿真大地形生成方法中存在着手工绘制不够精确,基于数据绘制又缺乏相关地形数据等问题。为解决此问题,利用地理信息技术,通过ArcGIS、Global Mapper等工具软件通过一系列转换,把含有等高线信息的公路设计图转换生成基于Creator的三维地形数据库。实验结果表明,该方法能够有效快速地对公路地形进行精准建模。     

多层次感知的多视图三维模型重建

针对基于体素表征的多视图三维模型重建过程中,存在二维视图所包含的空间信息离散,空间网格中体素分布稀疏的问题,提出基于多层次感知的多视图三维模型重建方法,旨在通过对视图级、体素级与物体级信息的多层次感知,重建具有完整结构与局部细节的三维模型。在视图特征提取阶段设计了上下文感知的通道注意力模块来最大限度获取二维视图中潜在空间信息;在三维模型生成阶段,通过体素感知的VoxFocal Loss来促进空间网格中体素生成;在三维模型细化阶段,通过具有物体感知能力的三维判别器来自适应地消除三维模型中冗余体素,生成更具真实感的三维模型。在大型合成数据集ShapeNet和真实世界数据集Pix3D上验证了该方法的有效性与先进性。     

基于体平滑的体绘制纹理伪边界消除算法

直接体绘制能够清楚的显示三维数据场的内部信息,是科学可视化中非常重要的一类方法。其中,基于二维纹理映射的三维数据直接体绘制方法具有绘制速度快、可交互性强的优点。其基本思路是将三维数据体在时间或深度方向形成一组水平纹理切片,通过这些切片的纹理贴图,实现三维数据体的体绘制,在交互性和资源消耗之间取得了较好的平衡。本文针对基于二维纹理映射的直接体绘制方法中在透明与不透明边界产生阶梯状条纹的伪边界问题,提出了一种基于体平滑的算法。该算法通过在透明数据与不透明数据的边界进行体平滑,使采样过程中缺失的数据表现到抽样的切片上,从而在最终图像生成阶段淡化甚至消除阶梯状条纹伪边界。实验结果表明,相对于传统二维纹理映射方法,本算法实现体绘制效果平滑,提高了绘制效果。     

基于体绘制的动态云场景模拟

为了实现动态云场景的创建与绘制,文中提出一种基于体绘制的三维云模拟算法。算法用Perlin噪声干扰椭球模型,得到云场景区域内体素颜色的基本数据,然后对体素颜色进行软化模糊和添加阴影处理,建立绘制区域的云数据模型;同时通过ray casting对绘制区域进行体数据采样渲染,模拟出三维云的效果。仿真实验结果表明：该算法模拟出的云场景可让云形状颜色位置动态改变,也可让视点穿过云层,具有动态和交互效果,是一种可行的动态云场景模拟算法。     

复杂电磁环境下雷达网探测能力三维可视化仿真

通过雷达方程分析了雷达网在有无干扰情况下的探测性能,提出雷达网探测概率合成的方法,构建雷达网在三维空间中的探测概率数据.在此基础上,提出雷达网探测概率数据硬件加速等值面提取方法,生成某一特定概率的雷达网探测能力三维模型,并将该模型绘制到三维数字地球上.该方法能实时动态地展现复杂电磁环境下雷达网的探测情况.     

基于小波的稀疏体素数据压缩与多分辨实时绘制

为减少多分辨稀疏体素的存储空间并提高其绘制效率,提出一种基于小波的稀疏体素数据压缩与实时绘制算法.在稀疏体素生成阶段,基于小波的多分辨和稀疏体素的稀疏特性,利用多级三维Haar小波变换将高分辨率的稀疏体素转换为低分辨稀疏体素和多级细节信息,并采用紧凑的编码方式对小波系数进行编码,实现对多层级稀疏体素的数据压缩;在交互绘制阶段,结合稀疏体素八叉树光线投射算法,以低分辨体素节点为交互过程中的着色计算图元,交互过程终止后通过三维Harr小波逆变换逐级添加细节信息还原得到高分辨体素,进而实现多分辨绘制;最后充分利用多核CPU并行加速多分辨光线投射算法.对不同复杂度的面片模型进行压缩与绘制,实例计算表明,该算法高效且易于实现.     

基于八叉树结构的三维体素模型检索

随着VR/AR技术发展以及三维模型的广泛应用,实现三维检索具有越来越重要的现实意义.基于模型的检索较好地保留了模型的空间信息和几何特征,其不仅包含模型的表面信息而且还包含模型的内部属性.但是,基于模型的检索往往存在着高存储、高计算的问题.为了解决该问题,本文研究了三维模型预处理及三维模型表示的方法,提出了一种基于八叉树结构的三维体素模型检索方法,即将模型进行体素化处理后提取模型的粗粒度特征和细粒度特征,将两种特征进行融合用八叉树形式表达特征,输入到卷积神经网络中进行训练,最终通过特征的欧氏距离度量实现模型的检索.运用八叉树特征表示法,可以有效地节省体素化存储过程的空间占用量,而且也能保留原始三维网格模型的细节信息.同时考虑到计算性能,本文还在模型体素化的过程中做出一定的改进,通过仅对模型外表面进行体素化,实现了对体素化过程以及数据存储和卷积神经网络训练的优化,大大降低了时间开销.实验中将三维体素模型特征存储在八叉树结构中作为卷积神经网络的输入,结合SOFTMAX代价函数,通过大量的模型训练数据,对该卷积神经网络模型进行训练.与其他同类算法对比,证明了该算法在三维模型检索中的优越性.     

三维海底地形仿真的研究

针对快速绘制大规模海底地形的问题,提出基于几何多重映射算法与分形算法相结合生成地形的方法,采用顶点索引和分层分块的方法来组织地形数据。该方法对三维海底地形模型进行子块划分,通过可见性判别只显示视区内的子块。同时建立一种基于块和视点的简化准则,通过该准则提出消除不同细节层次的地形块之间的裂缝的方法,以保证地形精简过程中不丢失必要的细节。仿真实验证明该研究成果能够有效实现地形的实时绘制。     

OpenGL和分形算法在地形绘制中的应用

地形绘制是三维场景绘制的重要组成部分。本文研究了在分形算法和OpenGL基础上的三维地形绘制。运用分形插值算法生成高程数据,并做平滑处理,在对高程数据着色后利用OpenGL纹理映射技术实现三维地形的绘制输出。上述方法的实验结果取得预期效果,基本符合工程需要。     

基于ASTER遥感数据源的Creator三维地形建模技术研究

大面积真实地形三维建模技术是视景仿真系统开发的难点问题.该文提供了一种基于ASTER遥感数据的三维地形建模方法,采用格式转换技术将ASTER的GeoTIFF数据格式转换为USGS DEM数据格式.应用Creator地形建模技术建立了我国某地域的高质量的三维地形仿真模型,实现了真实地形三维建模的快速化、实用化.     

基于OpenFlight的数字地形处理软件包设计及应用

数字地形技术的发展为雷达系统仿真领域提供了一个新的发展方向。该文基于OpenFlight格式地形数据库，分析了地形数据库的组成要素、建模方法及数据结构。详细论述了数字地形信息的提取、多叉树的遍历及地形数据坐标转换的实现方法，并针对雷达模拟器设计中对地形数据访问复杂的难题，提出将通用三角面地形数据转化为网格化数据的新思想。运用面向对象设计思想，开发了数字地形处理软件包。详细探讨了软件包在雷达模拟器中的应用，并进行了仿真试验，给出了仿真图例。实践证明数字地形处理软件开发包在雷达模拟器设计中实现了高逼真的雷达仿真图像，为雷达模拟器的设计提供了有效的工具，具有较强的工程实用价值。     

Terrain analysis using radar shape-from-shading

This paper develops a maximum a posteriori (MAP) probability estimation framework for shape-from-shading (SFS) from synthetic aperture radar (SAR) images. The aim is to use this method to reconstruct surface topography from a single radar image of relatively complex terrain. Our MAP framework makes explicit how the recovery of local surface orientation depends on the whereabouts of terrain edge features and the available radar reflectance information. To apply the resulting process to real world radar data, we require probabilistic models for the appearance of terrain features and the relationship between the orientation of surface normals and the radar reflectance. We show that the SAR data can be modeled using a Rayleigh-Bessel distribution and use this distribution to develop a maximum likelihood algorithm for detecting and labeling terrain edge features. Moreover, we show how robust statistics can be used to estimate the characteristic parameters of this distribution. We also develop an empirical model for the SAR reflectance function. Using the reflectance model, we perform Lambertian correction so that a conventional SFS algorithm can be applied to the radar data. The initial surface normal direction is constrained to point in the direction of the nearest ridge or ravine feature. Each surface normal must fall within a conical envelope whose axis is in the direction of the radar illuminant. The extent of the envelope depends on the corrected radar reflectance and the variance of the radar signal statistics. We explore various ways of smoothing the field of surface normals using robust statistics. Finally, we show how to reconstruct the terrain surface from the smoothed field of surface normal vectors. The proposed algorithm is applied to various SAR data sets containing relatively complex terrain structure.     

基于实时地形校正的InSAR图像匹配算法

针对侧视雷达/可见光图像匹配制导系统中由于雷达图像地形畸变引起的误匹配问题,提出了一种基于干涉合成孔径雷达（InSAR）的实时地形校正图像匹配算法。该算法以侧视雷达成像几何构象为基础,利用InSAR获取的实时地形数据对获取的SAR景象数据进行实时几何校正,生成无畸变的SAR景象数据,然后利用校正后的SAR景象数据与提前安装的可见光基准数据进行基于去均值归一化互相关模板的图像匹配。实验结果表明,通过实时地形校正,该景象匹配算法在复杂地形区域的匹配概率和匹配精度都大大优于传统SAR景象匹配算法,有效地提高了SAR图像匹配制导技术的适用性。     

基于三角面片零件模型的装配特征信息提取方法

针对三角面片表示的零件模型,通过对三角面片信息进行处理,提出一种通用的数据预处理方法,可以对三维模型进行拓扑重建,实现模型的体素分离,提取三维模型的几何特征。利用这一方法,可以实现VR系统与通用的CAD系统之间实现信息交换,让不同系统的产品数据得到顺畅传递,同时为后续的虚拟装配及机构运动仿真提供必要的信息基础。     

基于多层B样条的海底地形生成方法

海底地形是海洋环境的主要组成部分,也是航海技术领域的发展新方向。通过对当前海底地形数据来源的分析,该文提出了一种利用电子海图水深数据模拟三维海底地形的方法。该方法以处理大规模散乱数据的多层B-spline插值算法作为基础．利用较少的水深数据生成规则格网的数学模型,进而构建真实的海底地形环境。最后进行了仿真工作,仿真结果证明该算法是可行的。本文提出的思路对海底地形的模拟具有重要的参考价值。     

3D surface reconstruction of layover areas in continuous terrain for multi-baseline SAR interferometry using a curve model

It has become a field of intensive research to exploit multi-baseline synthetic aperture radar (SAR) to solve layover effects. However, the traditional layover model is not suitable for 3D surface reconstruction in the case of continuous layover terrain for two major reasons. First, the continuous terrain cannot be precisely described by the traditional layover model. Second, the traditional layover model is formalized for a single range-azimuth resolution cell and does not take full advantage of the relationship among the neighbouring scatterers, producing ragged reconstruction results with large terrain bias. In order to solve these problems, we establish a new curve model and propose a corresponding layover solution method. Rather than rebuilding the layover area in each independent range-azimuth resolution cell, this method reconstructs it as a whole. It exploits both the multi-baseline SAR signal and a priori information of the continuous terrain to achieve better performance. In the final part of this article, the proposed method is applied to 3D surface reconstruction using simulated data and Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar (ALOS PALSAR) data in comparison with the traditional layover model-based solution method. It is found that the proposed method leads to considerable improvements with regard to accuracy and robustness.     

一种新的三维地景库的建模方法

针对传统的模拟器计算机成像系统之不足,提出了1种新的视景系统的建模方法,即基于矢量数字地图的三维地景生成算法。该算法以矢量地图为约束,各种地表纹理作为输入样图,用矢量地图中的高程信息构建三维地形网格,并根据矢量数字地图中图元之间的不同属性映射相应的纹理,得到了与矢量数字地图相一致的三维地景。与传统的地景库生成算法相比,新算法生成的三维地景更加真实精确;解决了以往地景库一经生成就无法更改的问题;具有一定的预测和重现场景的功能;缩短了地景库的开发周期,降低了开发成本。同时,运用了基于视点的地景数据动态调度策略,可实现真实场景的实时绘制。     

SAR回波信号模拟平台设计

快速有效地仿真SAR的原始回波信号是建立SAR仿真系统的一项关键问题。根据机载正侧视SAR系统的工作原理,深入分析了一种SAR回波信号模拟平台的系统结构,利用原始DEM数据构建了随机地表模型的电磁散射单元模型,由雷达电磁散射机理建立了自然地表目标的回波信号数学模型,完成了SAR回波信号仿真平台的设计,为研究SAR回波信号处理等相关领域提供了一个切实有效的人机交互的仿真环境。试验结果表明平台实验结果满足对SAR系统开发预估测试要求。     

鄂州体育中心规划设计的计算机三维仿真

以鄂州体育中心新区的规划设计为研究对象,进行了可视化的计算机三维 仿真。利用航空照片取得鄂州体育中心新区的数字高程模型数据建立三维地面模型;结合处 理后的卫星照片正射影像图作为贴图附于地形表面,模拟体育中心的地形、地貌。运用建模 动画及后期制作软件构建了体育中心规划设计的三维动态仿真。结果表明计算机三维仿真在 规划设计中的运用比传统图纸和模型的形式更加适合与公众进行交流并得到更加真实、直观 的反馈。