屏幕空间微结构表面对象环境光遮挡算法

针对目前复杂微结构表面对象中环境光遮挡计算方法效率低下的缺点,提出一种基于屏幕空间的环境光遮挡计算方法.该算法利用离屏渲染技术,只针对视点所见的场景计算环境光遮挡.算法采用2遍渲染处理,第1遍得到场景的深度纹理,第2遍采用计算最大遮挡角度的方法来快速计算出环境光遮挡的大小;结合延迟着色等技术,可以快速绘制出整个场景的环境光遮挡情况.整个绘制算法在图像空间完成,较好地利用了GPU并行计算的特点,可呈现可变形物体在动态场景中的环境光遮挡效果.实验结果表明,与同类算法相比,该算法不需要预处理,环境光遮挡关系判断高效,绘制速度得到了很大的提升.     

自由虚拟实景空间的构造

使用基于图像的绘制技术构造虚拟实景空间是目前虚拟现实领域研究的热点. 如何扩大自由度是虚拟实景空间需要解决的关键问题.自由虚拟实景空间是能够自由操纵的 虚拟实景空间. 提出同心球拼图的方法构造自由虚拟实景空间,能满足用户在自由漫游时俯 视和仰视的需要.另外在自由虚拟实景空间中引入超链的思想,通过对虚拟空间中虚拟对象 进行有效的组织,为用户提供丰富的空间操纵能力.试验结果表明,用户在自由虚拟实景空 间中能够自由地操纵虚拟空间.      

一种低成本的机器人室内可通行区域建模方法

基于单目视觉的同步定位与建图（SLAM）是机器人领域中的一项热门技术。然而,在场景建图方面,由于其计算量较大,各主流方法还无法在低运算能力的平台上实现实时的场景建模。针对室内环境与小型机器人的特定情况,提出了一种新的可通行区域建模方法。该方法建立在单目特征点SLAM的基础上,通过HSV色彩空间内的图像自适应阈值分割获取地面分割图像,并与SLAM生成的稀疏点云进行交叉比对,进而获取地平面与准确的地面分割区域,再将地面分割区域反投影到地平面上,获取地面的稠密建模。在室内场景的实验中,所提方法的平均运算速度能达到21帧/s,速度约为ORB-SLAM的70%,能够满足移动平台的实时性要求。对于地平面位置的还原平均误差为5.8%,地面上道路宽度的建模误差在3.5%~12.8%。      

一种基于三角形重投影的虚拟视角合成

相比较传统的视角插值合成方法只能在基线上合成虚拟图像,提出的一种基于三角形重投影的虚拟视角合成方法,可以在已知少数几个匹配点的情况下,将场景内容自动迭代划分为一致和非一致三角形区域,通过不同策略的三角形重投影实现更加自由的视点的虚拟图像合成.划分过程中引入直线段约束可以解决直线纹理在三角形接缝处的畸变问题,保证最后的合成图像中场景表示在此处的连续性.利用设计的可信度函数,沿一定搜索路径可找到更多的新匹配点,从而带来更多的一致三角形区域.将此方法应用到虚拟彩色图像的合成,实验结果证明了此方法可以在更大视点范围内合成逼近于真实图的虚拟图像.     

基于全景子空间的尺度不变特征跟踪方法

提出一种基于全景子空间尺度不变特征跟踪方法,包括离线阶段建立全景图像与原始图像序列特征集对应关系和在线阶段基于关键图像识别的特征匹配等过程.首先利用全景图充分覆盖局部场景信息特性,通过扩展Kd树组织全景图特征并建立其与原始图像序列特征对应关系,不但解决了图像间特征对应,而且能够有效减少全景图冗余特征量,提高首次特征匹配速度.然后给出一种基于投票策略的关键图像识别方法以进一步完成二次特征匹配,从而将多图像大数据量特征匹配转换为单图像小数据量特征匹配目标,较好实现了特征匹配速度与稳定性的平衡.试验结果表明本方法能够有效增强特征跟踪的稳定性.      

基于小波变换的多方位角SAR图像融合方法

针对目标散射特性空变效应以及多方位角图像信息冗余的问题,提出了一种基于小波变换和边缘检测的多方位角SAR图像融合方法。首先,将图像进行小波变换,完成低频信息和高频信息的分离,实现图像的多分辨表征及序贯图像多方位角信息的融合;然后,利用改进的Robinson算子增强图像的轮廓特征;最后,融合实验和定量评估结果证明了本文所提融合方法的有效性。     

一种面向嵌入式系统的多模型集中存储方法

随着软件安全性的重要性日益增长，使用模型驱动的方法进行软件开发越来越受到重视。针对目前存在跨域模型的集成障碍，提出了一种基于元建模技术提取多视角模型信息进行存储的方法，并详细阐述了针对AADL、SysML、Simulink三种建模语言设计的建模元素解析、集成描述文件生成的方法框架。实验结果表明:按照所提方法实现的模型仓库能够准确提取出不同视角模型间的集成相关信息，在能够正确存储、查询的条件下，实现的元素数量覆盖率均在90%以上。      

影像增强器DR/CT系统像场畸变快速校正

以XRS-152/153影像增强器DR/CT成像系统为研究对象,在分析其输出像场畸变特性的基础上,从校正精度和校正实时性要求出发,采用空间坐标多项式变换方法进行畸变校正.同时,为了解决畸变校正算法计算量大、运算速度慢的问题,利用可编程图形处理单元(GPU, Graphic Processing Unit)并行计算和高速浮点计算特性,将图像映射为GPU中的纹理,采用多线程并行计算,使得校正算法在GPU中加速执行.实验结果表明,本方法能有效实现畸变图像的校正,GPU加速方法可以在不损失图像信息的前提下,实现实时校正.     

一种综合孔径微波辐射计成像处理算法

综合孔径成像是基于干涉仪成像原理实现的一种成像方式,其通过对干涉测量结果进行逆傅里叶变换得到场景的亮温分布,利用小波增强去噪算法在时域和频域同时对图像进行处理,增强需求信息抑制非必要信息,并附加特定的窗函数滤除杂波,提高重建的微波辐射计图像的清晰度和平滑感。采用盲解卷的Lorentzian超分辨率算法提高成像的分辨力,较好的解决了天线口面尺寸与分辨力矛盾的问题。     

复杂动态场景下目标检测与分割算法

在动态场景等复杂条件下,往往难以对序列图像目标进行准确的检测与分割。根据序列图像中目标在复杂条件下的成像特点,提出了一种基于融合尺度不变特征变换(SIFT)流特征显著模型的动态场景目标检测与分割算法。通过对SIFT流算法表示运动特征信息的优势进行分析,并结合图像国际照明协会(CIE)Lab颜色空间的颜色和亮度特征信息,建立四维特征向量空间。利用改进的多尺度中心-环绕对比方法生成各特征通道的显著图并进行线性融合,建立序列图像的动态场景目标显著模型。最后利用均值漂移聚类算法和形态学处理实现对检测目标的精确分割。实验结果表明,相比传统检测与分割算法,该算法在动态背景与航拍等复杂场景下能够分割出更为完整的目标区域,具有良好的鲁棒性和高分割精度。      

基于离散能量法的牙体预备仿真力觉渲染算法

在力觉交互的虚拟现实系统中,力的逼真度和系统稳定性是系统的两个重要性能.在力觉交互虚拟现实牙医培训系统中,通过力反馈设备作用在医生手上的力直接影响培训质量.采用四面体剖分建立人类牙齿的实体模型.结合经验公式和实验数据,提出了一种牙体预备虚拟切削力模型,研究了保证系统稳定性和虚拟力逼真度的算法,并利用离散能量法对等采样间隔的切削力序列进行渲染处理,使得力信号在力的逼真度和系统稳定性之间得到优化解,较好地消除了力序列中的高频振动,从而改善了力觉交互虚拟现实牙医培训系统的性能.     

面向对象的虚拟组织集成建模方法

提出了一种适应虚拟组织业务过程动态变化的虚拟组织集成建模方法(VOIM,Virtual Organization Integrated modeling),该方法集标准化面向对象的建模语言(UML,Unified Modeling Language)、功能建模集成化定义方法(IDEF0,Integration Definition for Function Modeling)和事件驱动过程链(EPC,Event-driven Process Chain)为一体,以弥补单一方法的不足,适合复杂系统特别是虚拟组织的建模,其中:IDEF0对虚拟组织的功能建模,EPC对功能视图进行细化,UML通过实体映射关系把虚拟组织模型的各个视图有机结合起来,有利于实现系统的模块化和模型的重用;同时对建模过程中UML到EPC之间的转换方法进行了研究.最后对模型进行了形式化描述,从而使VOIM具备严格定义的抽象语法和语义,为模型的验证和仿真提供了良好的基础.     

基于四面体网格的软组织位置动力学切割仿真算法

为满足虚拟手术中软组织变形与手术模拟的真实性和实时性要求,提出了一种基于四面体网格和位置动力学的软组织切割模拟算法.首先,本算法以四面体作为软组织几何模型的基本操作单元,物理模型采用位置动力学模型驱动软组织变形,四面体网格的凸包形成软组织的外表面.其次,本算法对位置动力学模型进行了扩展,支持了模型拓扑改变的情况,使其适用于软组织的切割模拟.再次,利用支持纹理信息的四面体网格作为几何模型,能生成细节丰富的切口.最后,在该算法上实现了力反馈设备的应用,增加了切割过程中的触觉模拟,增强了虚拟手术中手术环境和过程模拟的真实性.实验表明:该模型能提供真实和高效的变形模拟,并具有较高稳定性和可操作性.本算法目前已应用在北航虚拟现实技术与系统国家重点实验室开发的医学手术模拟器上.合作医院在使用模拟器进行的腹腔镜检查手术方面已经做了前导性的研究,医生对模拟器评价也较高.      

基于UML的集成化软件开发环境的研究与实现

统一建模语言UML(Unified Modeling Language)的出现为研制和开发集成化面向对象软件开发环境奠定了基础.针对当前软件开发方法中所表现出的新特点,结合用户在项目开发中的实际需求,讨论了基于UML的集成化软件开发环境的设计思想及应具备的主要功能,介绍了基于该思想开发的可视化建模工具UML/Designer的功能体系结构和实现情况.      

结合等值面绘制与体绘制的电磁环境可视化方法

为提高现有的电磁环境三维可视化效果,提出一种将等值面绘制融合到光线投射体绘制中的网格投影算法。将等值面网格化,利用空间网格表现等值面并融合进体绘制生成的电磁环境图像中。将平面均匀网格平行投影到电磁环境体数据中具有同一数据值的数据采样点上,由此生成网格化的等值面。投影到体数据中的网格沿投射光线的反方向确定其对应于光线投射生成图像上的像素点,并将网格颜色值融合到此像素点中,实现融合绘制电磁环境。在统一计算设备架构(CUDA)下并行实现本文算法后,不仅电磁环境的绘制效果比融合前有提升,而且更新绘制速度能够达到实时,支持用户实时交互控制。     

保持颜色一致性的动态电磁环境绘制算法

针对电磁环境绘制的研究现状,提出了保持颜色一致性的动态电磁环境绘制算法。明确了绘制中的颜色一致性原则:同一数据值对应同一颜色,绘制图像序列中颜色变化与数据变化保持一致。在颜色一致性分析的基础上,对静态电磁环境的绘制方法进行了修改,使其能够在绘制动态电磁环境时保持颜色的一致性。必要时,颜色与数据值的对应关系可以交互调整或自动调整,以适应数据场的值域变化。实验表明,算法能够在保持颜色一致性的情况下绘制动态电磁环境,直观显示其变化情况,便于用户观察和理解。同时算法可并行执行,在统一计算设备架构下具有较高的执行效率,利于算法的使用。      

基于组态建模的航天器姿轨控数学仿真系统

数学仿真是研究航天器姿态轨道控制系统常用的手段,目前常用人工编程的方式建模,花费时间长且软件的可读性、可维护性较差.提出一套基于组态建模的航天器姿态轨道控制仿真系统,该系统通用性强、可支持自动建模及代码生成.仿真实例表明,该系统模块化、自动化程度较高,大大提高了研究人员的工作效率.     

Non-parametric regional VTEC modeling with Multivariate Adaptive Regression B-Splines

In this work Multivariate Adaptive Regression B-Splines (BMARS) is applied to regional spatio-temporal mapping of the Vertical Total Electron Content (VTEC) using ground based Global Positioning System (GPS) observations. BMARS is a non-parametric regression technique that utilizes compactly supported tensor product B-splines as basis functions, which are automatically obtained from the observations. The algorithm uses a scale-by-scale model building strategy that searches for B-splines at each scale fitting adequately to the data and provides smoother approximations than the original Multivariate Adaptive Regression Splines (MARS). It is capable to process high dimensional problems with large amounts of data and can easily be parallelized. The real test data is collected from 32 ground based GPS stations located in North America. The results are compared numerically and visually with both the regional VTEC modeling generated via original MARS using piecewise-linear basis functions and another regional VTEC modeling based on B-splines.