飞行监控系统中基于GPU的地形渲染

利用实时遥测飞行信息生成三维虚拟地形场景,旨在飞机试飞时,增强地面指挥人员对飞机实时位置地面场景的感知能力,帮助飞行员在试飞时处理复杂多变的飞行状况。为了逼真且流畅地生成三维地形场景,首先使用固定网格映射(PGM)的方法生成地形采样网格,接着利用几何着色器为三角形面片分配连续的与视点相关的细节等级(LOD),对缓存在纹理数组中的各等级高程数据和卫星照片进行混合采样。由于细节等级是连续的,因此各级纹理和高程之间能够平滑的过渡,增加了场景的真实性。最后,考虑到显存的容量限制,引入了一种内存与显存之间的纹理调度方法。整个算法都是面向图形处理单元(GPU)实现的,能够较好地兼顾实时性和真实性,实现多分辨率大规模地形场景的实时虚拟显示。根据本文算法实现的实时监控系统在支线飞机的飞行试验中取得了较好的效果。     

XNA中的一种无限大地形生成方法

三维真实感地形是虚拟场景中的基础部分,其绘制的速度与质量是构建三维虚拟场景成败的关键。利用Visual Studio 2008和c#语言,以XNA为工具,用中点偏移算法（Midpoint Displace-ment）生成的值与高程数据之间建立相应的映射关系,建立标准的地形高程数据组快速生成了三维网格地形。在渲染过程中利用本方法可以模拟随海拔高度而各异的生态现象。实践证明,用该方法能在普通的PC机上生成有真实感的无限大地形,并能方便的应用到虚拟现实系统中。     

基于数字地图预处理的低空突防航迹规划

为保证飞行器能够实现所规划的航迹,研究了将地形及飞行器性能等信息融合构造虚拟地形表面的数字地图预处理方法,包括数据插值具体步骤和地形平滑处理方法。通过设计综合地形跟随、地形回避、威胁回避(TF/TA2)的目标函数,对最小威胁曲面进行转化,提高了实时航迹规划的速度,采用微分进化(DE)优化算法,实现了三维TF/TA2最优实时航迹规划。仿真结果表明,此地图预处理和实时航迹规划算法是有效可行的。     

基于地形特征的简易地形模拟算法

通过对地形特征进行分析,阐述了地形特征与航迹规划性能指标之间的关系,在一系列基础地形模型的基础上,建立了基于地形特征的组合模拟算法,并根据实际的地形信息进行了地形模拟,实现了对样例地形轮廓的重现,可满足在无数字地图区域计算安全走廊和参考轨迹的需要。     

数字化车间虚拟监控系统研究

传统的虚拟监控系统管理层与执行层信息交互能力不足,不能满足当前车间监控需求,基于虚拟现实技术与信息集成技术,建立车间状态监控系统,实现整个车间内人员、物料、设备等位置及状况的实时监控.系统以三维制造资源模型为基础构建数据逻辑模型;采用XML规范建立系统模块间的数据接口;利用实时状态数据驱动三维虚拟模型;利用Unity3D技术实现虚拟场景的渲染与实时人机交互,最后通过实例验证了系统的有效性.     

飞行仿真视景中的地形快速生成算法

在航空器飞行仿真中,地面大规模场景制约着仿真速度。为了快速生成地形场景,分析了航空器的视域特点,提出了飞行仿真的视域裁剪方法,确定了地面场景的视野范围,在保证显示质量的同时大范围降低了渲染数据;采用视点相关的LOD技术对场景进行有效简化,实现了大规模地形的实时显示;提出了视野区内背对观察者场景剔除方法和相关的节点评价算法。通过试验证实了该算法的可行性和有效性。     

三维地形不变性特征描述及其在地形匹配中的应用

 针对实时地形图与基准地形图之间存在旋转、缩放和平移等相似变换的地形匹配问题,提出一种基于地形不变性特征描述的匹配方法。分析了地形的凹凸特征,根据三维地形表面的局部极值点相对位置分布稳定的特点,采用极值点相对位置归一化表示的方法构造了地形的不变性特征向量,基于二维地形特征向量间的距离比较,实现了适应相似变换的地形匹配。该地形描述与匹配方法不依赖于地形的绝对尺度值,仿真实验表明了方法具有较好的实用性,是解决导航定位中存在缩放变换的地形匹配的有效方法。     

一种地形轮廓特征的立体视觉三维重建方法

针对自然地形轮廓特征的三维数据测量问题,提出了一种基于区域分割的立体视觉三维重建方法。先通过分水岭变换进行图像分割,根据分割区域边界确定图像中场景的轮廓边缘。轮廓边缘按所属区域分组进行立体匹配,根据分割区域相互邻接的全局特征和各区域的位置、尺寸、灰度值局部特征建立区域约束,并根据区域边缘像素点梯度分布特点建立梯度方向约束,以减小立体匹配的搜索空间、优化匹配顺序、提高匹配精度。进而根据双目立体视觉的成像模型计算匹配边缘点的三维坐标,实现地形轮廓边缘的三维重建。实验结果表明,该方法能够快速有效地重建出体现地形三维结构特征的轮廓边缘,并具有较高的立体匹配正确率和重建精度。     

地形跟踪/地形回避飞行器航迹优化

提出了一种新的地形跟踪／地形回避（ＴＦ／ＴＡ）飞行器透迹优化方法,该方法将地形、威胁和障碍综合在一起用特定的地形模型来描述,并通过将地形模型与飞行器运动方程有机结合,使有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题,最后利用极大值原理给出了航迹优化算法,算法生成的航透既能以给定的高度跟踪地形又能自动回避危险和障碍物。     

三维地形的计算机模拟生成技术

三维地形的生成是许多模拟器中的一项关键技术。文中给出了地形基准数据库的基本概念和一般的建立方法,并给出了形成计算机模拟三维地形的统计特性和产生方法。最后通过大量的计算仿真试验,对三维地形在不同地形条件下的变化进行了仿真评估。仿真结果为三维地形技术在实际的模拟器中的应用提供了依据。     

基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法研究

针对现有地下井室病害探测与维护方法的不足,提出了一种基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法,以实现其三维可视化探测与维护.还提出了一种基于多项式曲面拟合的Kinect深度测量误差修正方法,利用联合双边滤波算法对深度图像数据进行预处理;结合SIFT特征匹配和改进的RANSAC算法获取相邻点云间的初始位姿,并利用基于邻域特征的ICP算法进一步实现不同视角点云的精确配准,从而获取全局一致的稠密三维点云.最后,在三维稠密点云的基础上进行曲面重建和纹理贴图,以实现地下井室真实三维重建.实验结果表明:所提方法可有效修正Kinect深度相机的深度测量误差,在0.5～4.5m的测距范围内,其三维重建精度可达2cm;在4.5～7m的测距范围内,精度也可以保持在4.5cm以内.所提重建方法可实现地下井室真实场景的三维可视化,为地下井室的探测和维护提供了技术支持.     

基于累进传输的三维地形实时优化自适应网格算法研究

 提出了三维地形的累进传输与动态多分辨率表示的完整算法。将小波分解技术用于实现高程域的多分辨率表示、小波重建技术用于高程域的累进重构、分形手段用于低分辨率高程域细节信息的补充、实时优化自适应网格改进算法用于数字高程模型的动态多分辨率表示。算法的实现表明取得了较好的效果。     

基于电阻阵列的红外场景生成技术

针对红外成像制导半实物仿真试验的需求,研究了红外场景生成技术。主要通过对场景的建模、目标及场景的红外特性分析,开展了基于可见光图像调制生成红外图像技术的研究。同时对飞机、地面背景及红外诱饵干扰的建模技术进行了探讨,完善了红外场景的生成方法。利用该红外场景生成技术为基于电阻阵列的红外图像转换器提供输入信息,驱动电阻阵列产生红外辐射,经热像仪观测,生成的图像细腻、真实度高,为制导半实物仿真试验提供了更为逼真的红外仿真环境。     

地形景象匹配辅助导航可视化仿真研究及软件实现

为了直观有效验证地形景象匹配算法和演示地形辅助导航的过程,设计了地形景象辅助导航可视化仿真软件系统.利用Visual C 和OpenGL的功能实现了对导航数据和飞行过程的动态二维可视化曲线显示,对匹配区域中的实测图和参考图进行动态显示,能够直观地分析匹配结果的正确性;并在此基础上着重对地形景象匹配辅助导航过程实现了可视化仿真显示,能形象直观地演示地形景象辅助导航的过程及其性能.通过多次试验表明,该软件能很好地演示地形景象辅助导航系统的全过程及其性能,具有很好的实际应用价值.     

Comparison of C- and X-band InSAR data for 3D characterization ofan urban area

In this paper we offer an overview of a number of algorithms suitable for 3D characterization of an urban environment from interferometric SAR data. By means of these algorithms we compare fine resolution C- and X-band SAR measurements over the same area to understand what useful information can be derived from these measurements. In addition we examine the similarities and differences of these data sets that are acquired with different frequency bands, bandwidths, and radar look direction. These data sets are recorded over Los Angeles, California, by the C-band NASA/JPL AIRSAR system, and by X-band Intermap Star-3i system. We analyze the original range measurements as reconstructed after the phase unwrapping procedure, the bald earth topography that we were able to retrieve, and the 3D shapes of some of the buildings in the UCLA area. Our results show that both data sets provide useful information of urban 3D characteristics. The better ground resolution of the X-band system results in better building shape extraction. Lower resolution of the C-band data, surprisingly, was not a limiting factor for extraction of large building structures. We demonstrate that it is possible to extract the terrain elevation model (bald earth topography), and the heights of large building structures by means of our algorithms     

基于流水避石原理的无人机三维航路规划方法

借鉴自然界流水避石现象,提出一种基于流体计算的无人机(UAV)三维(3D)航路规划方法.首先介绍了球心位于坐标原点时,球形障碍三维绕流问题的解析解.之后采用旋转平移矩阵与流线数据叠加方法生成了任意位置多障碍同时存在的三维流线.为验证解析解的有效性同时给出该方法基于数值模拟的计算过程,对适合无人机三维航路规划的流体模型和数值求解方法进行了分析,并给出了通过数值模拟求解航路的方法.最后,根据无人机机动约束对流线进行处理得到可飞航路,将航路长度、纵向和横侧向机动次数作为子目标函数对航路进行综合评价.仿真结果表明:解析法航路规划中,圆球障碍的地形建模简单计算量小,航路集中在由起点至终点的航路带间;数值法航路规划适合障碍分布复杂的地形,航路分布于规划空间中.这两种方法的航路平滑,能够满足无人机飞行约束,航路具有绕流意义的最优性,可以避免势场法的局部极小问题,并且可以提供多条备选航路.     

基于机载单天线雷达一维距离数据的地表三维信息优化重建方法

陆地的刚体表面在机载雷达的任意相对运动下具有几何不变性,基于此约束可利用雷达距离像中提取出的地面多个强散射点的一维距离数据,重建出地表的三维信息以及载机未知的运动轨迹.鉴于现有基于雷达远场假设的重建方法无法适用于具有较大近场误差的地面目标重建的问题,提出一种基于雷达近场几何模型的优化重建方法,采用非线性优化方法实现了对...