海浪实时建模与绘制技术研究

通过对国内外目前典型的海浪建模和绘制方法的分析与研究,提出了一种新的海浪模拟方法。该方法基于Gerstner-Rankine模型,引入了概率统计思想,采用视点相关的圆形网格,代替传统的普通网格完成海面高度场的采样,且能支持实时动态连续分辨率海浪表现的建模和绘制。运用此方法生成的海浪,既具有较高的真实感,又具有较快的绘制速度,满足了数字化海战场环境保障的需要。

基于球面的海浪建模与绘制技术研究

由于传统的海浪建模与绘制方法多是基于平面进行建模与绘制,较少细致考虑球面曲率对海浪建模和绘制的影响,因此无法在球形表面绘制出海浪在不同条件下形状、色泽等的变化。为了实现无界海洋的虚拟自由漫游,提出了一种考虑球面影响的、任意视点下的海浪建模与绘制方法,其核心是球面海洋模型和屏幕细分的自适应算法,同时基于海洋学知识以及解析几何和数字地球特点,首先解决和消除了模型生成中存在的计算量大和高纬度"压缩现象"等问题,并建立了球面海浪模型;然后,依靠可逐点计算的海浪生成模型,利用屏幕细分自适应算法将计算限制在与视点相关的可视球面海洋区域,并使几何分辨率依视点变化;接着采用"夹球"技术,解决了海面生成中存在的"边缘裂缝"现象;最后,采用GPU技术绘制出不同观察距离和方向下的真实感海浪场景,进而实现了用户在无界海洋上的自由漫游。

视频摘要技术研究

对视频摘要技术进行了研究,将视频摘要按其表现形式分为以标题、关键帧和故事板为代表的静态视频摘要以及以缩略视频为代表的动态视频摘要,并对其中涉及的关键技术进行了探讨,最后对视频摘要技术未来的发展方向进行了总结与展望。

基于长序列图像的三维重建技术研究

提出一种基于长序列未定标图像的三维重建方法,并将其成功地应用于增强现实实例中。首先,基于传统KLT跟踪算法提出了一种针对序列图像的改进特征点匹配策略,通过特征点运动向量的预测减小了相应特征点的搜索范围,进一步根据相近特征点邻域窗口在透视畸变上的相似性大大提高了匹配算法的效率;在得到序列图像的匹配结果后,将传统基于仿射成像模型的测量矩阵(Measurement Matrix)保秩分解算法扩展到透视成像模型中,从而一次性得到整个场景的射影重建;进一步在摄像机自定标的基础上得到整个场景的三维欧氏模型和摄像机的成像矩阵。最后给出真实图像序列的三维重建实验结果,并成功地将其应用到增强现实实例中。

基于仿射迭代方法的大基线图像匹配技术研究

两幅图像中相应特征点邻域窗口之间的单应映射可以用仿射变换模型来近似。本文首先通过奇异值分解给出仿射变换矩阵4个自由度的几何含义,然后将其分解为一个相似变换矩阵和一个旋转的准单位矩阵(Rotated Quasi-Identity Matrix)的乘积,即在基于相似变换模型匹配的基础上再用基于仿射变换模型的迭代算法对相应特征点精确定位。针对相似变换中初始旋转角度的难确定性,在初始匹配中提出基于亮度最速下降方向的对齐方法,而在引导匹配阶段提出基于相应极线方向的对齐方法,这两个策略不仅提高了算法效率,还能为进一步的仿射迭代提供良好的初值。在得到最优仿射变换参数之后,实现了对相应特征点定位误差的精确补偿及其邻域窗口的透视矫正。最后通过真实图像的实验以及和现有算法的比较验证了本文算法的可行性和精确性,并给出了相应的实验数据和结果。

大规模海战场景建模与绘制技术研究

提出了一种考虑球面曲率影响的海浪建模方法,解决和消除了模型生成中存在的计算量大和高纬度"压缩"等问题;依靠可逐点计算生成海浪模型,利用屏幕细分自适应算法将计算和绘制限制在与视点相关的可视球面海洋区域。基于船行波理论和粒子系统理论方法,根据船行波粒子所受外力构建其运动方程,模拟船行进过程中船首波、船尾波。最后,在PC机上进行了实验,结果表明用户可以在数字地球平台上实现大规模海战场景交互漫游。

互联网多媒体主题信息自动收集与处理系统的研制

在Internet上自动收集与处理多媒体的主题信息是多媒体信息系统领域的一个新的研究热点。介绍了一个自行开发研制的互联网多媒体主题信息自动收集与处理系统的体系结构、关键技术及主要特点和应用。

虚拟现实技术在军事中的新应用

随着科学技术的发展,虚拟现实技术已经渗透进了军事生活的各个方面,并开始在军事领域中发挥着越来越大的作用。本文总结了虚拟现实技术在军事中的应用现状,指出了该技术在军事领域中的一些新应用,并对其为适应未来作战的要求,在作战训练与研制新式武器方面可能取得的新成就以及对未来战争模式的影响进行了展望。

海浪建模与绘制技术综述

海浪建模和绘制技术成为计算机图形学和虚拟现实领域共同关心的自然现象模拟问题。侧重从计算机图形学的研究角度对海浪建模和绘制技术进行了综述,介绍了近二十年来提出的典型海浪建模和绘制方法及其最新研究进展,给出了这些方法的基本原理并加以分析比较,最后对海浪建模和绘制技术的未来研究给出了一些建议。

分布式PACS通信服务中间层构造方法研究

基于目前分布式PACS中存在的问题,提出一个通信服务中间层的构造方法,分别进行了基于设计模式通信框架的构造、DICOM图像互操作和分布式PACS可复用构件的研究。通信服务中间层的构造不仅提高了分布式PACS在网络异构环境中的可移植性、可扩展性以及相关QoS性能,还满足了PACS今后发展中提出的较高的互连互操作性的要求。

基于仿射迭代模型的特征点匹配算法

图像序列中的特征点匹配是计算机视觉中的一个基本问题,也是目标识别、图像检索以及3维重建等问题的基础。为了提高图像匹配的精度,提出了一种针对两幅图像的高精度特征点自动匹配算法。该算法首先分析并提出两幅图像中相应特征点的邻域窗口之间的单应映射可以用仿射变换模型来近似;然后通过快速的基于仿射变换模型的迭代优化方法,不仅估计并矫正了相应邻域窗口之间的透视畸变,同时还补偿了在特征点检测阶段对相应特征点的定位误差,从而使匹配结果达到子像素级精度;最后通过真实图像的实验以及与现有算法的比较结果表明,该算法不仅得到了更多的匹配关系,还提高了特征点匹配的精度。

一种新的直线特征提取和定位算法

提出了一种从图像中精确提取直线特征并定位其端点和方向的新方法,克服了传统边缘跟踪算法的局部性。算法首先跟踪边缘点,递归分割成离散直线段,然后从全局角度合并这些离散的直线段,最后给出了两种鲁棒的直线拟合策略。实验结果表明该算法具有良好的性能,能够适用于较广范围的真实图像。

多视点图像中线特征的三维重建

将多视点图像中的离散线段(称为线特征)用于场景的三维重建过程.首先将平均重投影几何误差作为线特征三角形法和光束平差法的目标函数,保证了重建结果的最优性;其次提出一种对含噪声的空间直线Plücker坐标进行双线性约束矫正的解析方法,并给出理论证明;最后推导出针对具有4自由度空间直线的最少参数化迭代方法,消除了优化过程中的过参数化问题,以避免由于内约束存在而导致迭代难于收敛的情况,提高了重建结果的精度.仿真数据以及真实图像的实验结果验证了该方法的有效性和精确性.

基于粒子系统的实时雨模拟

基于流体动力学和粒子系统理论,给出了一种实时生成三维雨的方法。算法以矩形基本粒子对雨粒子进行造型,采用动态纹理映射技术和透明度扰动方法,根据雨滴的降落运动方程,来描述不同大小雨粒子受到重力和空气浮力、阻力影响时的运动效果,采用与视点相关技术动态生成三维降雨场景。与传统的雨模拟算法相比,该算法既正确模拟了雨的运动行为,又降低了计算复杂性,真实再现了雨的三维视觉效果,在满足实时交互漫游的前提下表现出较强的真实感,具有一定的实用价值。

分布式虚拟环境

分布式虚拟环境是单用户虚拟环境网络化、多用户化的发展。其运行在多台计算机上,这些计算机通过网络进行连接,用户通过使用计算机实时交互,共享相同的虚拟世界。该文首先阐述了分布式虚拟环境的基本概念和特征,并在此基础上简要介绍了两种常用的分布式虚拟环境的模型结构;然后从底层介绍了分布式虚拟环境中的DIS协议,并从高层描述了相关的虚拟现实技术;最后展望了分布式虚拟环境的应用前景。

基于近似相机内参数的精确三维欧氏重建算法

提出一种并不需要精确知道相机内参数情况下序列图像的精确三维欧氏重建算法,与传统分层重建策略相比,利用现有数码相机的技术参数估计初始内参数,对序列图像进行准欧氏重建,避免了复杂繁琐的自定标过程。虽然从严格意义上讲,准欧氏重建方法的初始结果仍为射影重建,但场景的结构已经非常接近欧氏模型,进一步通过基于最小化重投影误差的光束平差方法可以得到精确的三维欧氏模型,仿真数据以及真实图像的实验结果验证了算法的有效性和精确性。

一种评价仿射不变性特征定位误差的新方法

特征点匹配是计算机视觉中的一个基本问题。不同视点图像中相应特征点邻域窗口之间存在几何上的透视畸变,这可用平面单应映射来表示,而目前大多匹配算法将该映射用仿射变换模型来近似,即用具有仿射不变性的特征进行图像的匹配。仿射变换的线性特点不仅能降低算法复杂度,还能保证迭代过程收敛的稳定性,然而并没有人对该近似的可行性及如何减小近似误差给出定量分析。本文首先回顾了各种几何层次上的特征点匹配策略,重点针对具有仿射不变性特征点的定位误差进行研究和定量分析,通过本文提出的椭圆曲线规范化法推导出该近似所造成相应特征点定位误差的解析表达;然后用真实图像的实验结果验证了本文分析方法的必要性和正确性;最后给出相应的分析结果和结论,并指出提高大基线图像特征点匹配精度的相应措施。

基于Gerstner-Rankine模型的真实感海洋场景建模与绘制

通过对国内外典型的海浪建模和绘制方法的研究,提出一种新的海浪模拟方法。该方法基于Gerstner-Rankine模型,引入概率统计思想,建立包括波浪折射在内的海浪模型,并采用基于立方体映射的方法实时计算海洋表面纹理,生成了真实感较强的海浪效果,再现了海天一体化场景。实验结果表明能满足数字化海战场环境的逼真性和实时性需求。

大规模外存场景的交互绘制

在场景分割的基础上,提出一种连续分层层次细节模型组织场景,并对视点空间进行划分,为每个视点单元计算恰好满足单元内任意视点屏幕像素误差的场景图节点列表,称为cell-front;然后利用cell-front对外存模型的存储进行重新设计.在绘制时采用多线程技术,绘制线程对当前cell-front进行可见性剔除和视点相关的选择绘制;预取线程采用一种基于视点单元的预取策略,利用视点单元之间cell-front的变化控制预取数据的调度.该算法能够在保证场景绘制质量的前提下,在普通的PC机上实现大规模外存场景的实时交互显示.

基于GPU的大规模海浪实时绘制

海浪建模与绘制是近二十年来计算机图形学领域的一个经典问题,同时,随着硬件的发展,尤其是图形处理器(GPU)以大大超过摩尔定律的速度高速发展和其高速计算能力、并行性、其可编程功能,使得基于GPU的通用计算成为一个新研究热点。利用GPU的高速计算能力和可编程功能,解决海浪模拟中的复杂计算问题,提出一种基于图形硬件的大规模海浪实时绘制方法。首先,对图形处理器进行了概述。然后,基于Gerstner?Rankine模型生成海洋高度场,采用屏幕细分自适应算法对数字地球上的可视海洋表面进行采样,利用图形处理单元的可编程特性进行顶点和颜色计算,模拟实时球面海浪效果。实验结果表明,基于GPU的方法可以在普通PC图形硬件上实现大规模海浪的交互漫游。