基于改进解释树的三维物体分类

为了实现对未知三维物体的分类,提出了一种基于改进解释树的三维物体分类方法,将未知物体分到一组预先定义的物体类中.在该方法中,提出了一组新的、完善的三维物体形状特征及对应的约束,定义了有效的解释树约束搜索规则,能快速得到待分类物体和三维模型之间的匹配关系;设计了形状相似性度量计算算法,得到待分类物体与三维模型之间的形状相似度.该分类方法能实现多种类型的匹配计算,得到具有模型形状相似度排序的分类结果和未知物体所属的类别.大量的实验结果充分表明了该三维物体分类方法的良好性能.     

三维地形上运动路径的定义与物体运动显示的方法

针对现有文献中较少研究和处理物体在三维地形上的运动仿真,其姿态依赖于当时所处位置的地形特征这一情况,讨论了三维路径的交互式定义、平滑控制和控制点换算、物体姿态计算和调整等需要解决的问题,给出了解决步骤和方法;在Java3D环境中给出了在整条路径上同时实现物体位置移动和姿态调整的简便手段和用法.仿真结果表明,在复杂地形上运动物体姿态的生成和表现会增加仿真的逼真性和实用性,在军事模拟演习、汽车驾驶训练和三维游戏等诸多领域有广泛的应用前景.     

基于并行处理方法的实时立体视觉伺服系统

针对实时跟踪及抓取运动目标物体的任务,给出了一个基于并行理论的视觉伺服系统。在系统中,运用快速模板匹配理论与快速可靠的立体视觉匹配理论相结合的方法实现运动物体的匹配与识别。然后通过卡尔曼滤波器对位置及速度进行预测。同时采用并行理论提高图像匹配理论的匹配速度。结果直接传给机器人及立体视觉平台控制器,实现机器人和立体视觉平台的视觉伺服,完成了对运动物体的实时跟踪和抓取。通过仿真和大量的运动目标物体的跟踪及抓取试验,获得的试验数据表明运用此方法提高了视觉伺服系统的定位精度和伺服速度。     

运动物体参数估计与跟踪的线对应新算法

在分析刚体平面运动前后对应直线参数关系的基础上,提出了用直线对应原理估计物体运动参数的新算法. 线对应法可以同时估计物体的平移和旋转参数,这一点是传统的点对应和其他方法难以实现的. 推导出对运动物体自动跟踪的迭代公式,在跟踪过程中用齐次坐标实现了坐标系转换和运动合成的一体化. 仿真实验证明,在大噪声环境下这一算法仍然可以获得相当精确的运动参数.     

复杂环境建模与机器人避障规划研究

针对复杂环境下的机械臂作业问题,提出了一种基于空间凸多面体集模型的避碰路径规划方法。首先,给出一种利用空间凸多面体模型的复杂物体建模方法,该方法具有一套树型递归结构框架,能精确逼近任意形状的物体,并支持子物体之间的自由度连接,从而能恰当表示如多关节机械臂和电脑桌等带有运动自由度(关节转动、柜门开合、抽屉拉出等)的物体;然后,设计了一种基于直线扫掠体序列的碰撞检测方法,它能快速、准确地进行连续运动的机械臂与空间物体间的碰撞检测;最后,采用遗传算法实现了机械臂的避碰路径规划。在桌面上摆放多个复杂形状物体后,机械臂顺利完成了避障作业规划。仿真结果验证了算法的有效性,表明了其实用价值。     

医学CT图象中多组织剖视绘制方法

提出了一种基于面绘制模型的多组织绘制方法：剖视绘制,并在微机环境下以动物树獭的 Ｃ Ｔ图象为例进行了实验。实验证明,与目前基于直接体绘制模型的方法相比,新方法具有易于实现、绘制速度快、操作简单等特点,是微机环境下实现多组织剖视绘制的一种可行实用的方法。     

基于虚拟现实的球形机构分析

利用虚拟现实的方法来设计球形机构,并把VR作为一种全新的设计接口,可在三维空间中实现球形机构的设计和论证。开发了一种新方法来设计球形机构,该方法可使设计者随意在由固定物体构成的设计环境中放置移动物体的几何模型,固定物体作为机构的基础和可能的运动干涉体,从而在考虑机构与环境干涉问题的同时,实现机构的运动分析。     

增强现实虚实融合技术研究

为了解决增强现实中虚实融合的问题.本文提出纹理绘制和像素操作二种虚实融合的实现方法.纹理绘制的原理是把真实图像用作背景纹理数据,通过在背景前绘制虚拟物体实现虚实融合.像素操作的原理是把真实图像像素数据绘制到缓存中,通过在缓存中绘制虚拟物体实现虚实融合.本文给出了使用这两种方法实现虚实融合的结果以及实现3DS模型与真实场景融合的结果.     

碰撞检测技术与虚拟坦克仿真训练

虚拟坦克仿真训练作为一个虚拟现实系统,需要研究和解决碰撞检测问题,三维物体间的碰撞检测是实现虚拟现实系统沉浸性的重要问题。在坦克虚拟驾驶模拟器视景系统中,坦克与其它地面车辆、建筑物、树木的碰撞,坦克在战场地形上的跟随地形起伏运动,以及坦克在开炮过程中炮弹击中目标或炮弹落点的检测,归根结底都可以看作是视景中物体与物体之间的碰撞检测。从数学上说,碰撞检测表现为两个多面体的求交问题,数学求解并不成问题,但是,在实时仿真中对碰撞检测算法提出了实时性要求。为满足实时性的要求,很有必要对碰撞检测模型进行优化和简化。     

基于地形聚类分析的移动机器人速度自适应控制

为实现移动机器人在不同地形环境中的速度自适应调整,提出一种利用机器人自身振动信息进行地形聚类分析并根据聚类结果进行运动速度自适应调整的方法。该方法基于机器人在运动过程中竖直方向的加速度信息及俯仰角信息,采用改进的高斯混合模型进行聚类分析,获得该地形相对于典型地形的隶属度,并结合地面的坡度起伏信息,通过模糊控制策略实现了机器人运动速度的自适应控制。为验证本文方法的正确性和实用性,利用Pioneer 3-AT四轮驱动全地形机器人平台进行了相关实验,实验结果表明,本文方法可使机器人准确地对不同地形进行聚类分析并实现了其在不同地形环境下的速度自适应调整,有效增强了机器人的地形适应性。     

一种运动物体碰撞的连续性检测方法

本文提出了一种运动物体碰撞的连续性检测方法。机械加工过程的图形仿真对ＮＣ程序的检验是十分有用的，图为编程者或加工操作者能够很方便地看到加工的效果。而在机械加工过程仿真中时诸如刀具和。件等运动物体的碰撞检测的可靠性和效率要求都比较高，但要从图形上直接目测运动物体之间的碰撞情况是十分困难的．所以，本文提出了一种表示运动物体的模型和相应的碰撞检测算法。这种方法不漏校存在的干涉碰撞情况，而且效率很高，在研制的加工过程仿真系统中得到了应用。     

基于运动平台的运动目标检测与跟踪

为了实现大视场智能监控,本文提出了一种基于运动平台的运动目标检测与跟踪方法．在相邻帧之间通过块匹配进行运动补偿,采用三帧差分法分割出运动目标．当运动目标正常运动时跟踪其形心;当运动目标被遮档时,根据卡尔曼滤波器预测的形心跟踪目标．其中,对于块匹配,采用边缘点作为匹配块的中心点并根据摄像机的运动方向确定搜索范围,使处理速度提高了38．6％．另外,比较得出最小二乘法对运动目标运动状态突然改变时拟合效果差,因此采用卡尔曼滤波器进行预测．实验证明,本算法适应环境变化的能力强,而且平均每秒处理37．6帧,达到实时处理要求．     

全局实例化的大规模数字孪生场景对象高效绘制方法

数字孪生城市场景中，传统的绘制方法难以生成大量静态、动态的绘制对象（例如路灯、移动车辆等）。通常做法是在每条样条线上生成多个独立的场景对象，这样就会造成整个场景中的每个对象都使用不同的网格体，随着绘制对象规模的不断增加，绘制调用(Draw Call，DC)会越来越高。本文提出了全局实例化的方法管理所有大规模场景对象的绘制，降低DC数量，提高绘制性能。首先，全局实例化整个场景中所布设样条线上相同的绘制对象，即场景中相同的绘制对象共享同一个网格体；其次，在每条样条线上以一定规则分配全局实例化对象的实例；最后，根据唯一标识符对更新样条线上的动态实例，可实现车辆的移动。针对传统方法、局部实例化方法、层级实例化方法和全局实例化方法分别根据车辆长度和样条线长度随机在29条样条线上生成605辆移动车辆，整体性能提升了28.4%；同时针对静态对象的绘制实验中将1976个路灯实例化前后DC数量进行了对比，实例化减少96%的DC数量。实验表明，采用全局实例化方法能够大幅减少DC数量，并且在实际数字孪生城市场景中能够提升28%左右整体绘制性能。因此，本文通过全局实例化的绘制方法能够提升30%左右的绘制性能，更好地满足数字孪生城市场景的应用要求。     

基于双视点立体系统的特征点匹配物体跟踪算法研究

在双视点立体系统中,运动物体跟踪是计算机视觉中一个热门的研究领域.为了精确地获得运动物体的像素点,我们提出了一个新的物体跟踪算法:首先计算运动物体的特征点,然后对其进行匹配,最后连接匹配的特征点并形成轨迹.算法在分辨率为640×480和768×576的视频文件中进行.结果表明:与L-K光流法相比,新算法可以更鲁棒性地检测运动物体并获得更精确的运动轨迹.     

基于立体视觉的三维空间入侵检测

针对平面视频监控无法感知运动物体深度的缺点,提出了基于立体视觉进行三维空间入侵检测的理论和方法。采用双目平行摄像系统,基于立体校正后的左右图像进行视差计算,并在视差图的基础上直接对运动物体做入侵判别;同时,设计了三维敏感区域的设置和报警策略。为了加快计算速度,采用一种基于下采样块匹配的方法来计算代价空间,最后用快速的局部动态规划输出视差图。在计算某目标的实际视差时,与目标的运动区域检测相结合,以减小计算误差。实际测试结果表明,该方法可以有效地探测到三维空间的运动目标入侵。     

网络地形漫游的数据传输与缓存方法

为了解决网络地形漫游时的连续性问题,缓解网络数据拥塞时的数据供应压力,通过分析地形几何数据与流媒体数据在组织方式及漫游时数据预取方向的不同,结合基于GPU的绘制技术,设计了新的地形数据传输及缓存方法.该方法根据客户端处理能力及网络性能划分地块的粒度,由客户端生成多分辨率地形并缓存部分数据,降低绘制数据对网络性能的依赖.在运行时刻根据视点位置确定周围地块的传输规则,使各地块数据的传输量根据运动方向进行自适应调整,保证了漫游时绘制的连续性,大大提升了网络地形绘制的性能和效果.     

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。     

Fuzzy deduction methods of selecting the underwater terrain navigation matching area

To overcome the problems of not describing terrain matching characteristics totally with a single terrain feature parameter in underwater navigation terrain database, an evaluation method named Vague set is proposed to describe the terrain suitability comprehensively based on the fuzzy decision making (FDM) method. The membership functions and non-membership functions of the Vague set are used to define the influence of the terrain map characteristics parameters on matching suitability, and comprehensive evaluation values of matching areas are obtained by the weighted score function method. Simulation results demonstrate that the terrain map suitability is positively proportional to the comprehensive evaluation value, while the matching position error is negatively proportional to the comprehensive evaluation value of the matching area. The Vague set can choose the optimal matching areaeffectively, and solve the problem that the single topographic map featurecannot evaluate suitability comprehensively.     

基于GPU的平滑地形可视化算法

提出了一种基于GPU的平滑地形可视化算法,侧重于解决地形可视化方法面临的时间连续性和空间连续性问题。算法采用了规则地形块的批LOD可视化方法。基于平滑过渡的思想,考虑了地形块相邻层次间的过渡和相邻的不同地形块间的边界匹配关系,以地形块的区域划分为基础,为每个顶点实时分配相应的过渡权值,在地形块的绘制过程中同时完成了不同LOD层次以及不同地形块间的平滑过渡,实现了整个地形的平滑可视化。面向GPU的算法设计与实现保证了其执行效率。针对典型数据集,该算法能够以较高的帧率完成大规模地形的实时平滑漫游,避免可视化过程中的裂缝和突跳等不连续现象。     

一种渐进格网模型的改进算法

多分辨率的动态简化是一种提高地形三维显示速度的重要方法．研究了适用于道路与地形集成模型的多分辨率动态简化方法，分析了渐进格网模型应用于地形集成模型的简化时所存在的一些问题，并根据集成模型的特点。提出了一种改进的算法，与其他方法不同的是：1）此模型采用一种“回”结构的分辨率划分方法，与模型的几何形状无关，较好地实现了道路与地形集成模型的动态简化；2）通过控制顶点树的深度，解决了模型简化后难以恢复的问题，同时避免了在模型简化过程中出现交叉、重叠和细长的三角形．结果表明：该算法能更好地适用于道路与地形集成模型的多分辨率动态简化，并具有较高的速度．