多源数据三维地质结构模型约束的属性建模方法:以北京市通州城市副中心为例

支持多源异构数据的三维地质建模方法一直是三维地质建模研究的重点和难点之一。本文以北京市通州城市副中心工程地质勘察为例,设计了一种多源数据三维地质模型自动建模方法。该方法首先在数据预处理阶段,利用剖面、地震剖面解译及等值面(线)等数据生成虚拟钻孔,从而将异构的多源数据统一转换成同构的虚拟钻孔数据,然后利用钻孔和虚拟钻孔实现三维地质结构的自动化建模;根据已构建的三维地质结构创建属性模型结构约束,采用六面体网格或四面体的单元结构构建属性模型网格;属性模型网格中的每个属性块通过三维空间插值方法进行属性赋值,然后将属性变化映射为颜色变化,建立了相应的三维地质属性模型,实现了多源数据三维地质结构模型约束的属性建模。该方法已经应用在工程地质勘察和城市地下空间开发等领域,通过使用多源异构的建模数据,使构建的三维地质模型更加完善,有助于三维地质模型的推广和应用。

数据—模型融合驱动的流程制造车间数字孪生系统研发

针对流程制造过程工序间耦合严重、过程建模困难、生产活动规划的联动性和智能化水平较低等问题,提出数据与模型融合驱动的、覆盖工艺流程全变量空间的车间多维数字孪生模型及其系统架构。融合车间生产全要素孪生模型与动态生产数据,建立了贯穿生产过程中不同工序的设备实体对象模型,从几何、物理、行为、规则等多个维度对耦合生产线实体对象特征进行刻画,实现了工艺设备静动态多维属性的数字化精准映射。在此基础上,搭建了包括物理产线、虚拟产线、信息服务等支撑多系统数据交互映射的车间数字孪生系统,研发了基于开放平台通信—统一架构(OPC UA)与Kepware的通信技术的静动态虚实映射和迭代运行机制,实现了从车间物理制造流程耦合向各孪生体参数间耦合的转换。最后,基于某流程制造企业制丝生产试验线开展应用验证,为解决流程工业耦合复杂而造成的协同交互与迭代运行难题提供了方法和实现途径。

基于多源异构空间数据的堰塞湖三维动态虚拟仿真平台构建

堰塞湖溃决后通常需要在短时间内对其带来的洪水灾害进行精细化仿真模拟以辅助应急抢险工作,针对传统堰塞湖信息化平台无法实现多部门数据统一管理、数据实时更新等问题,首先总结用于堰塞湖三维建模的多源异构空间数据类型,再确定模型几何数据结构、进行模型尺度划分等,提出堰塞湖多尺度三维数据模型设计方法,针对大区域尺度和局部区域尺度提出堰塞湖三维静态模型构建方法,基于此提出堰塞湖三维动态虚拟仿真方法并对大区域河流演进过程以及堰塞体形成过程和开挖过程进行模拟。最后根据上述方法构建堰塞湖三维动态虚拟仿真平台,以白格堰塞湖为例,验证了平台构建方法具有合理性和可行性。

参数化三维工效虚拟人建模技术研究

从民用设施和军用装备的设计和评价需求出发,提出一种以大样本人体尺寸数据和大样本人体三维点云数据为基础,综合参数标准差和相关性分析结果,采用参数回归技术构建三维工效虚拟人的建模方法。该方法对于人体各部位或者整体的分号型建模具有普适性,可在号型较少的条件下,提高虚拟人模型的总体覆盖率,使其所得到的三维虚拟模型有较好的代表性,而且回归技术建立的工效虚拟人在外部形态上细节丰富,真实性强。以该方法为基础,采用Qt为主要框架开发了一个用户可交互的建模平台,在该建模平台上,以服装用工效虚拟人需求为例,选用服装设计常用的12个参数,构建了服装工效虚拟人系列,包括13个标准体号型,覆盖率达到96.8%。

虚拟地理环境的多维数据模型与地理过程表达

该文通过剖析虚拟地理环境所表达的地球表层空间与其在计算机空间的映射之间的关系,定义了一维、二维、三维及多维虚拟地理环境;指出虚拟地理环境与传统地图、GIS的区别及联系。阐述近年来虚拟地理环境研究对地理学乃至地球科学研究方法和手段的影响以及对地理科学思维方式和重点研究领域的影响。

面向网络交互设计的扩展CSG模型构造

针对网络虚拟设计中三维模型数据流量大,实时交互难的关键问题,提出了一种扩展CSG模型以减少数据传输流量.首先建立了模型的形体表征及操作结构,并对传统CSG树进行语法扩充以构造操作历程树,从而将产品模型分离为表现模型和表示模型等几部分.表现模型完成网络前端的交互设计,表示模型作为加工制造工程的模型重构基础,两者通过核心模型联系并集成,从而提出了一种基于扩展CSG模型的全新网络设计模式.然后基于ACIS几何引擎,开发了相应软件系统,并结合具体产品设计的应用验证表明,该模式提供了一种开展网络设计的可行途径.

中国古建筑虚拟现实系统的数据采集和处理

利用虚拟现实技术实现对古建筑的浏览漫游已经成为当前计算机三维制作技术在文物古迹方面的主要应用之一。Virtual Reality-Platform是近年来应用较广的三维虚拟现实平台软件,在介绍基于VRP实现古建筑三维模型虚拟现实步骤的同时,结合大觉寺的虚拟现实系统,重点探讨了中国古建筑虚拟现实系统实现过程的数据采集和处理,针对古建筑的特点和虚拟现实实现的需求对这两个过程提出了较为实用的建议。

基于三维点云数据的花瓣形态及生长过程模拟

目前对于虚拟植物的研究多是通过图形建模来模拟植物的生长变化,计算复杂且操作不灵活。随着三维扫描和点云重建技术的发展,为复杂植物形态可视化提供了新的手段。论文基于三维扫描的植物点云数据模型,研究了植物花瓣的形变和生长过程模拟。利用三维扫描仪获取植物花瓣的生长序列,采用MATLAB根据实测点云数据拟合植物生长函数曲线,最后将传统花卉生长模拟与点云模型的自由变形相融合,提出了依据实测点云数据通过点云模型变形算法模拟花卉植物动态生长的方法。该方法不仅能够保留花卉植物复杂的形态特征,而且使形变控制简单,模拟的花瓣形态及生长真实自然。此外,该方法还与基于物理的模拟方法进行比较,并利用拟合回归分析、实测花瓣数据与重建数据间误差对该方法的准确性进行了分析。结果显示花瓣生长期内决定系数达0.75以上及平均误差控制在2 mm以内,研究结果为花卉植物的生长形变模拟提供了参考。

云杉八齿小蠹Ips typographus L.虚拟模型构建方法研究

本文以云杉八齿小蠹Ips typographus Linnaeus为例,经标本选取,观察虫体整体形态,绘制整体结构草图,电子显微镜观察局部、得到局部数字图像,分别建立虫体每一部分的高精度细节。把模型每部分拼装在一起组成整体模型,构建出了云杉八齿小蠹三维虚拟昆虫数字化模型。

由LeNet-5从单张着装图像重建三维人体

提出基于LeNet-5的从单张着装图像恢复人体三维形状的方法,建立着装人体正面轮廓和人体形状空间之间的映射模型,实现了高效、精确的三维人体建模,可以应用于对人体表面形状精度要求较高的场合,如虚拟试衣.基于PGA在流型空间上对公开的三维人体数据集进行数据扩增,给虚拟人体进行着装,构建着装人体数据库.从着装人体正面投影图像中提取信息,以人体形状参数及正、侧面轮廓信息为约束,基于LeNet-5完成三维人体重建.实验证明,对于身穿不同款式服装的人,采用的模型通常都能从单张着装图像中重建得到较高精度的三维人体模型.

基于OGRE的实时场景动态生成与存储技术的研究

提出使用Mysql数据库存储信息创建场景,使用Raknet网络引擎获取动态数据并动态改变场景,以及根据用户的命令存储被改动过的场景到Mysql数据库中。为了实现更逼真的效果,加入了Fmod声音引擎。实验证明:采用的松耦合软件架构,只要简单配置程序,无需重新编译程序就可以将程序应用到新的虚拟场景中去,具有较好的应用可扩展性。

三维激光点云数据在城市建模中的应用

激光扫描技术在虚拟城市三维建模中的应用越来越广泛。分析HDS2500激光扫描系统在城市建模中的应用,阐述其工作原理及流程。以一实例,对三维激光点云数据在AutoCAD中的建模过程做详细介绍。

基于三维数据模型的虚拟多媒体信息交互方法

针对当前虚拟多媒体信息交互存在的交互后信息失真,延时长,占用内存大问题,提出一种基于三维数据模型的虚拟多媒体信息交互方法,对虚拟多媒体信息交互的识别框架进行分析,利用阈值对虚拟多媒体信息冲突程度进行描述,构建决策函数和知识矩阵,实现虚拟多媒体信息提取.通过对信息量进行分析,对信息交互过程中的交互系数进行计算,分析信息交互量化的过程,构建信息交互的三维数据模型,实现信息交互.实验结果表明,所提方法能够保证数据的可靠性,数据质量较高,保证了数据的可利用性,占用的计算机内存少,耗时少,及时性好,保证了时效性,为课题向应用研究领域发展提供理论依据.

基于多源数据构建火电厂地理场景模型的方法与实践

火力发电厂地理场景复杂,利用传统工程测量方法,构建火电厂虚拟场景模型存在效率低、模型不精细、仿真效果差等缺点.根据火力发电厂场景特征,结合倾斜摄影实景建模技术、三维激光扫描技术、BIM技术等新技术方法特点,设计了一套利用多源空间数据分类构建精细、逼真的电厂二、三维虚拟场景模型的技术方案.该技术方案在大同某火力发电厂数字虚拟模型建设项目中得到应用,项目建设结果表明:该技术方案具有效率高、仿真效果好等优势,为其他虚拟场景模型构建项目提供了科学、高效的技术设计思路和参考方案.

基于VR技术的国和一号模拟机设计与实现

针对培训操纵员的核电厂模拟机存在建造成本非常昂贵,且占用大量的现场空间等缺点,设计了基于虚拟现实(VR)技术的国和一号模拟机。以国和一号示范工程1^(#)机组最小范围模拟机系统为核心,结合VR技术构建三维(3D)模型,通过数据传输模块获取模拟机服务器的真实模型数据。用户佩戴VR设备,在逼真的国和一号模拟机场景中可以体验结构布置、运行状态,以及接受设备检查、停堆操作、报警处理等交互操作培训。使用结果表明:基于VR技术的国和一号模拟机满足不在模拟机现场的用户可以体验以及接受各项培训的需求。该设计节省了现场空间,大幅度降低成本,有助于为国和一号的深入研究从制造、推广提供体验环境。

基于虚拟现实技术的航天分队战术训练平台研究

针对当前航天分队战术训练存在的训练基础设施短缺、协同训练难等问题,提出并构建了基于虚拟现实技术的航天分队战术训练平台。从平台界面、训练环境、参训装备三个方面开展需求分析,形成了平台设计的约束条件,在此基础上,综合应用Unity 2019、SolidWorks、MySQL和Apache等开发基于C/S架构模式的训练平台,建立了服务器与客户端之间的数据交互;然后开展场景设计、模型设计、UI设计等工作,并对平台模型显示效果进行渲染以及不同光照类型优化场景显示效果,利用C#编写动作脚本,设置模型之间碰撞检测规则,使用VR输入设备实行与训练平台的交互;最后,开展平台的集成调试,进一步处理和修复平台bug,并对平台代码、界面、模型做进一步优化。测试结果表明,该训练平台能够满足多人异地协同开展多项战术训练科目,有效缓解了训练设施短缺的问题,显著降低了训练开支。

三维可视化技术在虚拟水电站设计中的应用

阐述基于OTS2000仿真系统,搭建的虚拟可视化水电站的数据驱动,子系统的搭建和调试方法,针对AR技术在虚拟可视化水电站的应用,三维可视化技术实现水电站智能化运行管理。

基于强化学习的尺寸质量解决方案

生产现场尺寸质量问题分析依赖于工程经验或传统质量工具,而前期尺寸虚拟分析结果受假设条件限制无法直接指导问题分析解决,造成上下游数据流无法自由贯通,海量的尺寸数据浪费,无法满足快速的质量问题响应需求。提出一种基于人工智能算法的尺寸质量解决方案,将前期理论分析数据与现场实测数据通过尺寸虚拟分析模型进行交互,采用强化学习算法对模型进行训练,得出现场尺寸问题的影响因子及敏感度。实例表明,得到的影响因子及敏感度与实际问题分析结果非常接近,能够快速、精准的支持现场尺寸质量问题的数据分析、风险预测及管理。