Spatial simulation using abstraction of virtual geographic environments

In this paper,we address two challenging issues underlying spatial simulation using software agents immersed in virtual geographic environments(VGE).First,the way to describe virtual VGE models using accurate spatial decomposition approaches structured using graph theory techniques.Second,the use of graph abstraction techniques to support realistic and advanced navigation and path planning capabilities for software agents considering the VGE’s characteristics.In order to illustrate our contributions to the growing field of spatial simulations,we present and discuss a case study involving an urban VGE model populated with agents who autonomously and differently interact with multiple abstractions of the same physical environment.

虚拟环境中单幅结构场景图像三维建模仿真

文章提出虚拟环境中单幅结构场景图像三维建模仿真。通过摄像机采集单幅结构场景图像,并提取图像中的待建模物体,将待建模物体分解为多个独立的语义部件,以相应的基元拟合各部件轮廓,实现虚拟环境中的三维建模仿真。实验结果表明,设计方法所构建天坛实景三维模型的平面精度在X方向的中误差为0.051m,在Y方向的中误差为0.038 m,在Z方向的中误差为0.042 m,满足Ⅰ级建模精度需求,证实了该方法性能良好。

基于虚拟现实的远海岛礁地理环境物联网监测系统设计与实现

针对远海岛礁生态环境监测与保护无法满足环境要素实时监测与智能处置需求,在分析现有环境要素感知与智能危机应对技术的基础上,融合虚拟现实和物联网技术,研发了远海岛礁地理环境实时监测系统。该系统依据传感器类型设计存储表格,以支持多源异构传感器数据统一组织与管理;利用物联网技术采集远海岛礁水体、土壤、气象、植被等地理环境数据,实现了感知数据的无线传输、接入与远程数据存储;利用虚拟现实技术,在远海岛礁三维场景建模的基础上,实现了场景漫游与互操作,并结合物联网技术实现了虚实一体化的智能感应设备的远程控制。基于该系统,管理人员不仅能获取远海岛礁实时地理环境数据,还能远程操作智能感应设备(如植被浇灌水阀),解决了以往需要人工往返岛礁的管理问题,有效地提高了工作效率。

面向地理分析模拟的城市小区场景数据组织方法

城市小区是城市人居环境的重要构成部分,与城市居民生活关系密切。面向城市小区环境综合分析模拟的需求,本文结合虚拟地理环境中虚拟场景和集成建模等概念,设计了可支撑分析模拟的城市小区场景数据组织方法。通过小区系统、小区系统要素和小区系统要素关系来对复杂小区环境信息进行对象化的描述,并按照层次化结构实现城市小区建模场景的组织。利用统一数据表达与交换模型UDX对小区系统-要素-关系中的数据内容进行统一的表达和存储,在此基础上设计了城市小区建模场景对象;利用可扩展接口的方式,实现从城市小区建模场景中抽取符合分析模型需求的数据内容,由此支撑将不同地理分析模型与城市小区建模场景集成。试验结果表明,本文所设计的方法能够有效组织多源异构的城市小区环境数据,并可以便捷地为不同研究方向的城市小区分析模型提供所需建模数据。

飞行物体虚拟环境仿真系统的研究

概述了飞行物体虚拟环境仿真系统包含的主要技术 ,重点讨论了虚拟环境中视景系统构建的关键问题 ,如场景建模、模型驱动及视点的控制与变换等。

虚拟交通场景建模研究

视景系统是汽车驾驶模拟器的重要组成部分,其真实性能给用户带来临境感和沉浸感。针对以往驾驶模拟器视景系统中虚拟交通场景模型远景和近景的区分不明显,本文提出综合应用几何建模法和图形建模法对远近建筑物进行处理的方法。并且在虚拟交通场景中加入时间和天气的变化,设置出包含不同特点的道路,如城市道路、山区道路、农村道路等,并使交通场景中的虚拟汽车具有动态的智能行为。最后把建好的虚拟交通场景模型应用于所开发的虚拟自主汽车视觉行为系统(AVV-VPB系统)进行验证仿真。实验结果证明,该虚拟交通场景模型能逼真地模拟出驾驶模拟器的视景系统,效果令人满意。

虚拟环境中荷塘景色的构造与绘制

采用一种L系统与IFS相互融合的植物形态模拟方法,以3DS MAX 2012、OpenGL图形库为基础,用VC++2010作为开发环境,自然逼真地模拟荷塘景色的形态,实现了荷花绽放、树木、湖水波纹、月亮移动、雾气隐现的动态效果,提高了虚拟荷塘景色仿真的精度与实时性。

数字孪生驱动的桥梁智能建造方法

智能化是桥梁建设的重要方向,数字孪生是实现桥梁智能建造的有效途径。数字孪生将现实环境中桥梁的结构、状态和行为等映射到虚拟环境,为透彻理解和精准控制桥梁建造过程提供新手段。本文首先分析了桥梁及其环境高精度数字孪生与桥梁智能建造背景及发展趋势,然后提出了桥梁建造全过程数字孪生构建方法,探讨了空天地一体化监测数据关联融合、数字孪生场景智能构建与增强可视化、过程动态仿真与智能预测等关键技术,最后以复杂艰险山区大型桥梁建造为例开展案例应用分析,本文方法可望为复杂环境大型桥梁工程智能建造提供有效的理论指导和关键技术支撑。

利用CryEngine构建虚拟地理环境

尝试采用新一代图形引擎CryEngine实现小尺度条件下多要素耦合与逼真表达,探索基于该引擎的虚拟地理环境构建方法,包括虚拟地形环境的快速构建方法、车辆建模与动态模拟方法、人物建模与智能行为模拟方法,以及场景集成与渲染方法等。以虚拟校园为原型系统,验证所提方法的可行性以及可视化效果,结果表明,基于CryEngine构建虚拟地理环境路线可行,尤其在面向小尺度虚拟环境时,能够很好地将环境、实体和人物紧密耦合在一起,且其逼真程度较现有虚拟环境有大幅度提升。

生长模型驱动的单株杉木三维动态模拟

虚拟植物是一种潜在、有力的植物分析辅助工具,而单株木生长模拟是森林生态系统模拟的基础。为了动态模拟杉木生长发育过程,提出了参数化单株木三维形态结构建模和与距离无关的单木生长模型的集成方法,其主要过程为:首先,根据杉木的形态结构特征,采用参数化建模方法建立特定生长阶段的三维静态模型;其次,根据生长模型预测不同年龄杉木的树高、胸径、枝下高和分枝轮数,并与树木三维静态模型几何描述参数建立联动;最后,采用参数曲线调整干径和枝径变化、枝条长度、分枝角等形态结构参数,使模型形态随树龄增长而变化。在自主研发的Para Tree系统上,扩展杉木动态生长模拟模块,并以福建省漳平五一林场的二类调查数据为例,动态模拟了杉木的生长过程。模拟结果表明,本方法可直观表达林分中林木个体平均生长状况和大体形态结构特征。树木三维模型描述参数与传统树木统计生长模型结合,有利于重用林业领域淀积大量的生长模型。

基于城市园林树木景观三维模拟的绿视率估算方法

城市生态景观功能主要是绿色植物对人的视觉作用。绿视率被认为是一种比较好的衡量绿色空间视觉感受的描述因子。目前绿视率的估算主要基于静态的图像或者街景数据,而绿视率是一种动态的量,不同视点有不同的值,且植物是生长变化的。因此,本文提出一种基于数据和模型综合驱动的园林树木三维模拟景观的绿视率计算方法,其利用虚拟地理环境、虚拟植物等技术,通过道路、建筑物等硬质景观数据和树木模型驱动,建立城市园林树木三维景观;根据视觉成像原理,构建虚拟相机,模拟不同视点园林景观的视觉图像,然后识别表征植被信息的像素,从而计算绿视率。本文研发了园林树木景观三维模拟及绿视率估算原型系统,并以城市道路树木景观为例,模拟分析了机动车道中车辆乘客可获得的绿视率,与街景图像提取的绿视率值相近。该方法和系统可用于包含时间变量的不同生长阶段园林树木景观的绿视率评估,支持交互设置不同的视点参数,估算城市任意位置和任意方向的绿视率,评价过去、现在和未来的园林景观绿化质量,以人的视觉感知角度为城市绿地规划提供参考。

面向大规模空间Agent建模的分布式地理模拟框架

基于Agent建模的地理模拟是认识和理解动态地理现象的有效方法,但随着地理模拟的规模和复杂性不断增加,模型的计算问题开始凸显。分布式并行仿真是解决大规模Agent复杂模拟计算的途径,然而已有研究基于Agent建模/仿真软件构建并行仿真系统的方式并不适用于具有高移动与行为交互的空间Agent建模及其模拟过程的实时可视化。为解决这个问题,本文提出了一个分布式地理模拟框架DGSimF,用于大规模动态空间Agent模拟,支持模拟过程的实时表示与分析。设计了一个简单但高效的时空数据模型建模空间Agent,支持直接基于Agent行为建模集成地学模型,采用了时间微分方法协同各计算节点行为的执行,实现以“任务并行”的方式进行分布式计算以提高仿真性能,构建了基于三维地球渲染引擎的虚拟地理环境,提供模拟过程的实时可视化。最后,以“红蓝对抗”案例进行了实验验证,对不同模拟计算量和不同客户端数量下的仿真性能进行了分析,结果表明DGSimF可以为具有时空特征变化与行为交互的大规模空间Agent模拟提供一个有效的平台。通过扩展计算节点,DGSimF可以有效地缓解复杂模拟计算的压力问题,并且仿真性能较高,在实验中并行效率保持在0.7以上。