基于图象的人体运动追踪系统研究

首先介绍了运动测量的几种主要方法,讨论了基于图象的运动追踪研究中要考虑的时间延迟问题及多摄像机的采集同步问题,最后介绍了一个能较好地完成大尺度空间人体无约束追踪的基于透视四点投影(P4P)问题的单摄像机运动追踪实验系统,包括摄像机标定、图象处理、特征提取、特征匹配、深度估计和姿态估计等等技术。

虚拟仿真飞机座舱系统

首先介绍了一般意义的飞行模拟器与基于VR技术构造的飞行仿真器主要区别,然后系统地阐述了基于VR技术的虚拟仿真飞机座舱系统的系统结构、硬件组成及系统工作原理,讨论了系统实现中的若干关键技术,包括立体显示技术、同步问题及运动预测与平滑等问题。我们认为虚拟座舱将成为今后含人仿真器的一种典型形式。

基于视点预测的大规模地形的实时渲染

实时渲染中帧速率往往与地形规模呈反比,尤其是大规模地形的渲染,在单PC下很难达到实时。对此提出了一种基于视点的可见地形预测算法,动态加载地形数据,降低了图形硬件需要处理的数据量,有效提高了大规模地形的渲染速率。同时,针对大范围地形集中加载引起的画面停滞现象,采用外推算法对视点的运动进行预测,对即将进入视锥内的地形数据进行提前加载。实验结果表明,随着地形规模的增大,该方法的渲染速率变化小,实时性能良好,场景画面平滑流畅,可用于虚拟现实或仿真中的地形构建、实时生成等相关领域。

卫星在轨运行视景仿真中的真实感实现

针对卫星系统设计与研制对视景仿真中真实感的需要,提出了几种视觉真实感实现的方法,采用NormalMap,CubeMap和粒子系统等技术实现卫星表面的锡纸效果、金属质感和发动机喷管的火焰效果,采用Billboard,RibbonTrail和纹理动画等技术实现卫星轨道、轨迹、红外扫描和爆炸效果,采用Skybox,Lensfare等技术实现由地球、太阳、大气层和星空组成的太空背景。仿真结果显示这几种方法取得了良好的真实感。

基于数据手套的虚拟操作技术研究

介绍了虚拟操作的概念和应用前景,以及实现虚拟操作的方法,并探讨了利用动力学分析的方法实现基于数据手套的虚拟操作时的关键技术问题:碰撞检测算法、建立虚拟接触力模型、虚拟物体运动解算等。

真实感DVE时空一致性技术

传统的一致性解决方案大多将重点放在构建完全一致性模型,缺少对虚拟环境本身运动规律的分析.从认知虚拟环境客观规律出发,提出基于真实感的一致性模型,遵从以人为本的原则,构建描述分布式虚拟环境下时空一致的数学模型,判断虚拟环境下的节点是否达到时空一致,并加以验证.在充分利用一致性模型的基础上通过单向数据传输减少时间扭曲后的回滚节点数目,增强用户沉浸感;利用时延神经网络对大于传输延迟上限的节点状态进行预测;完成节点的状态修复,从而保证时空同步一致.经过独立实验测试,验证了模型的有效性以及解决方法的可行性.

基于动态负载平衡的sort-first绘制集群

对图形绘制集群中节点间负载不均衡问题提出了基于延期着色绘制的sort-first图形绘制集群.分析了延期着色中可见性检测、全局光照着色、局部光照着色3类算法的计算原理,用于预测不同阶段的绘制负载;将负载预测算法转换为场景绘制中的片段着色算法;借助图形处理器的并行处理能力,通过集中式的预着色计算,获得了屏幕空间内逐像素的绘制负载分布;基于预测的绘制负载分布,分配图形绘制集群中各个节点的绘制任务.根据实验结果,该系统可以实时预测并剖分绘制负载,精确的负载预测使系统获得高速、稳定的图形绘制性能.

基于增强现实的遥现系统研究

传统遥现技术大多利用视频采集传输系统,让用户产生远端临场感,但因为缺少深度信息,很难产生较高的沉浸感,实用价值不高。利用虚拟现实中的增强现实理论,通过双路视频,获取远端场景的深度信息,并将目标对象从视频中提取出来与虚拟场景相结合,搭建一个新型的增强遥现原型系统。系统构建于internet的环境中,重点解决了双路网络视频同步传输,立体视觉深度提取,虚实场景融合三个问题,获得了良好的沉浸感。最后本文以虚拟会议室为研究对象,验证该系统的可行性。

CS结构下的DVE规模扩展方法

针对分布式虚拟环境下的多服务器结构,将规模扩展问题转化为多节点与多服务器的最优分配问题,并提出了节点划分方案的评估方程.评估方程综合考虑系统负载、系统延迟,以达到对分配方案的有效评估.根据分布式虚拟环境实际应用的特点,将节点划分分为预分配和实时调节两个步骤.预分配通过密度优先策略和贪婪自适应搜索算法实现对预分配节点快速、有效地划分,利用评估方程对评估结果进行修订;实时调节严格限制节点分配的条件,达到实时分配的目的.相比于传统方法,很好的处理了分配的实时性和完备性之间的矛盾,具有较高的实用价值.通过实验比较,证明该方法的有效性,并得出结论.

基于延期着色的sort-first绘制集群

传统的图形绘制集群采用前向着色,存在光照着色功能有限、计算负载难以预测等缺陷。为此,提出基于延期着色的sort-first绘制集群架构,该系统可以实时绘制具有复杂光照效果的多边形场景,并可利用延期着色的负载可预测特性,实现绘制节点间的负载平衡。同时,提出了基于Equalizer改造现有图形绘制引擎,构造基于延期着色的sort-first绘制集群的方法。实验表明,该系统可以在静态负载平衡策略下实现高性能的实时图形绘制,具备良好的可扩展性。

分布式虚拟环境下的混合应用层组播传输协议

分布式虚拟环境下的数据传输具有多源、实时性和安全性要求高等特点.为解决在广域网环境下大规模分布式虚拟环境中数据传输问题,在分析IP组播和应用层组播的基础上,提出了混合应用层组播传输协议.该协议采用分组、分层思想,将IP组播的高效和快速性与应用层组播的可扩展性有机结合,实现在广域网中稳定、快捷的传输仿真交互数据;确定组、层结构并设计独特的路由构建规则来满足分布式虚拟环境数据多源的特点,以及对传输实时性的要求.最后通过实验对比,验证了该传输协议在分布式环境下的高效性和实用性.

飞行仿真系统数据可视化设计与实现

研究飞行仿真系统结果数据可视化,为验证分析飞行仿真系统结果的正确性,需要对仿真系统输出的飞行性能数据进行实时在线观测并与标准数据进行对比分析。针对飞行仿真系统对飞机飞行数据实时观测的需求,设计了一种可实时观测的飞行仿真数据可视化方案。在建立仿真系统模型的基础上,为了提高系统的可靠性和优化数据结构,提出了新的数据结构和曲线生成算法绘制实时曲线,实现了数据的可视化观测,避免了实时绘制过程屏幕的闪烁和曲线出现的锯齿。并结合飞行仿真特点,利用MapX组件技术加载了具有导航台的全国地图,对传统的电子地图显示进行了改进,实现了飞机在地图上的实时航迹观测。仿真结果表明,系统能够实时观测仿真结果并分析系统误差,实现飞行仿真数据的可视化,并可验证飞行仿真系统的正确性。

航天器在轨飞行的实时可视化仿真

以航天器在轨飞行任务的可视化仿真为目标,分析了一个由多平台组成的分布式仿真系统的框架结构,针对图像仿真软件提出了一个基于设计模式的软件结构设计方法,并在类层次级别上进行了软件的设计构造;另一方面,针对太空环境的特点,将一些先进的图形学算法应用于图像仿真,实现了地球模型的纹理加载、云层渲染以及航天器模型的阴影和高光反射效果的渲染,提高了可视化仿真的逼真度。仿真结果表明,该航天器在轨飞行任务的可视化仿真方案完全可行。

民机驾驶舱共通性设计要素分析与数据库开发

驾驶舱的共通性是民机共通性设计中的重要组成部分。良好的共通性设计可以有效提高飞行员改装效率,降低飞机设计制造和航线运营维护的成本。为更好地进行共通性分析、指导大型民机驾驶舱共通性设计,文中依据CCAR-25-R4《运输类飞机适航标准》中对驾驶舱环境、操作及显示、系统功能、操作程序的要求,对驾驶舱设计要素进行分析与归类,并建立机型设计要素树。基于MS SQL Server构建要素数据库,以多媒体方式进行数据存储。该数据库包含B737-800、B777-200ER、B787-9、A320-214、A350在内的5个机型大约1100余项的驾驶舱共通性设计要素,数据库及管理软件具备不同机型在驾驶舱环境、操纵与显示、系统功能、操作程序等多种维度下的设计要素对比功能,可为大型民机驾驶舱共通性设计与评估提供技术支撑。

虚拟现实中的云阴影实时生成方法研究

虚拟场景中的阴影能够反映出空间中物体之间的相互遮挡关系,提供视觉线索帮助我们理解物体在场景中的位置,增强虚拟场景的真实感。云是自然界中一种复杂的自然现象,外观形状极不规则,没有确定的表面和边界。由于云的这些复杂的特性,在虚拟场景中对于云阴影的模拟并不多见。针对这个问题,结合阴影图算法与云的模拟算法,提出了一种在地面模拟出云阴影的方法;并能根据云的密度计算出不同明暗程度的阴影光照效果。同时对由阴影图算法本身产生的走样问题作了相应处理。实验结果表明,该方法能够高效、真实地模拟出虚拟场景中的云阴影。