（批复）警用三维快速建模仿真系统研发及应用示范项目可研建议报告（发改委）

本项目提出研究目标是基于近年来研究成果积累。

此外，课题组主要成员长期从事虚拟现实计算机图形学等方向研究工作，与省内外多家重点大学国家重点实验室保持密切合作，在三维建模仿真分析空间信息处理组织移动图形计算图形绘制引擎大规模地形实时绘制与海量数据传输服务器负载平衡等相关研究领域积累了大量源代码和原型系统，已在三维建模场景实时绘制空间信息处理等方面申请专利项，获得软件著作权多项，为本项目开发提供了坚实技术支撑。

在三维快速建模与仿真领域，课题组致力于基于草图交互几何建模方法研究。

提出了种草图勾画快速建模方法，可有机结合草图勾画和隐函数造型优点。

该方法允许用户通过旋转到不同视角勾勒草绘轮廓线，然后系统自动地分析出所建模对象中轴信息，再以此为基础采用卷积曲面构造方法来重建出所需目标形状。

该论文成果于年发表在国际图形学期刊，据统计在国内外已经获得超过次引用，成为草图勾画造型研究领域标准比照方法之。

最近，课题组在基于草图形变建模方法做了更为深入探讨。

从适合手绘草图高效曲面表示方法，三维直观切割与粘帖，到形变控制等方面都做出了相应理论和实践工作，已有多篇高水平论文发表于相关国际图形学杂志。

课题组在图形学和计算机视觉交叉研究中，特别是曲面重建纹理合成和重光照等方面已作了大量预研工作。

在曲面重建方面，课题研究论文获得了年国际学术杂志千万韩币最佳论文奖金。

在重光照方面工作荣获了最佳论文奖。

纹理映射相关研究成果则有多个成果分别发表于国际会议以及其他高等级学术期刊。

预期我们将在该方面取得更大突破。

在三维过程式建模方面，课题组从年开始直跟踪国际前沿，已做了多年研究积累。

目前，不仅已有多篇学术论文发表于国内外会议和期刊。

基于上述研究积累，课题组近年来取得了些有定影响研究成果，曾先后获得浙江省科技进步二三等奖次，多次获得浙江省高校科技成果奖全国商业科学技术进步等奖二等奖，发表与本项目直接相关三大检索论文多篇。

如果本课题能够申报成功，申报单位和协作单位将进步加大合作力度。

同时，以项目工程要求组织分工，调动多方优势，联合攻关，保障按质按时完成课题预期目标。

课题组主要成员近年已经完成或正在进行相关项目国家课题，虚拟环境多感知信息合成理论和算法国家课题，虚实混合环境致性表示和构建国家自然基金重点，基于视觉计算交互图形处理技术研究国家自然基金重点，网络环境下图象图形信息安全理论与方法研究国家自然基金，无线网络环境中模型传输机制与图形流水线优化国家自然基金，数据驱动可视几何计算关键问题研究国家自然基金，曲面造型与绘制速度和可靠性研究国家自然基金，基于特征匹配多光谱信息融合及真实感成像算法国家项目，红外动态场景建模及其实时漫游系统原型国家项目，支持数字媒体内容创作集成环境国家项目子课题，家庭网络核心平台研制浙江省科技攻关重大，面向中小学生教育游戏软件开发与应用浙江省科技攻关重大，面向应用通用城市空间数据处理平台开发与安全研究浙江省科技攻关重大，空间信息处理与可视化技术研究与应用浙江省自然基金重点，移动图形计算中若干关键技术研究浙江省自然基金重点，自组织网络中动态层次管理模型与信息处理算法研究浙江省自然基金，基于物理模型快速形变研究浙江省自然基金，移动计算中离散几何处理与生成浙江省自然基金，网格环境下动态数据流分布式挖掘研究浙江省自然基金，基于移动代理网络海量数据挖掘技术浙江省自然基金，无线网络中三维模型差错复原传输机制研究浙江省自然基金，面向互联网海量多媒体信息高效检索关键技术研究浙江省科技计划重点，分布式三维服装模型并行重构技术研究，浙江省科技计划重点，真实感多媒体地图关键技术研究与应用浙江省科技计划重点，面粉麸星在线识别及面粉质量检测系统浙江省科技计划重点，基于三层结构信息交换平台及中间件研究研究浙江省科技计划重点，三维交互式商务环境动态构建技术研究及应用浙江省科技计划，基于服务全球采购流程研究与动态交互平台开发浙江省科技计划，面向教育虚拟历史重现系统研究浙江省科技计划，面向中小学地理教育交互式三维数字地球仪研发二经费概算省级科技计划项目经费概算表项目名称警用快速建模与动态仿真系统研发及应用示范金额单位万元序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费经费支出合计设备费购置设备费试制设备费设备租赁费材料费测试化验加工费燃料动力费差旅费会议费合作协作研究与交流费出版文献信息传播知识产权事务费人员劳务费专家咨询费管理费其他开支二经费来源合计申请省财政经费地方部门配套拨款自筹经费单位自有货币资金其他资金省财政科技经费拨付进度申请第年第年第年金额比例注支出概算按照经费开支范围确定支出科目和不同经费来源编列，同支出科目般不同时在财政拨款经费和自筹经费中概算。

经费概算说明本项目总经费万元，其中，拟申频音频等形式使得模型场景信息能够在应用中快速有效传递。

三主要创新点与通用建模系统和已有诸多行业建模系统相区别，本项目所研发系统主要是警用域内应用，侧重与快速交互，目标是灵活易用。

尤其是在所给控制参数和图像信息不足情形下中如何快速建立模型。

同时，本项目另重点是场景动态仿真，在重现或预演刑事案件火警消防交通事故场景，对实际应用意义重大。

具体而言，本项目具有以下创新点或特色将草图交互与三维建筑几何计算问题融合起来进行研究，注重草图交互建模中三维建筑模型统计信息引入。

采用手绘草图界面，有助于快速准确地构建几何模型拓扑结构，实时修改调整。

将规则驱动过程式建模与草图交互技术相结合来构建三维几何形体，做到造型直观性和造型精确性之间均衡。

基于物理动态对象模拟，采用计算机图形学中多分辨率等技术与物理规律相结合，对动态对象进性快速模拟与仿真。

采用采表意性绘制与真实感绘制相结合，侧重提高计算与分析重用，提高场景绘制与渲染效率。

系统采用引擎插件模式，使得建模和仿真系统易于扩展，同时采用分布式架构实现警用域内协同工作与场景信息快速有效传递。

四项目预期目标主要技术经济指标应用或产业化前景主要技术指标本项目针对警用快速建模与动态实时仿真需求，在总结已有建模和仿真等相关技术现状基础上，针对警用领域特定应用需求，突破其中若干关键技术，并建立应用示范，其主要功能与性能指标包括系统具有开放软件体系架构，能够支持建模方法扩展仿真算发改良与生长，用户插件开发，应用模式拓展，使得系统能够根据日益增长用户需求不断发展，并支持场景信息和动态仿真数据分布式管理系统能够集成二三维场景信息以及文本影像音视频数据。

支持场景信息仿真信息以及决策信息体化模式网络发布研发系统整体响应性能在秒以内，正常情况下并发访问造型。

此方法在给予了用户很大灵活性同时，也带来了操作量大，建模效率不足问题。

描述式造型方法通常采用命令行或者脚本等形式来描述对象，再由建模系统将其转换为内部造型指令，最后生成目标模型。

这种方法通常采用是过程化建模，最早起源于过程式纹理图像生成技术。

后者发展于年代，采用精确过程式脚本描述，可以生成各种木材云彩石料纹理，以及各种材质绘制效果。

最早在其多细胞生物建模论文中引入了系统概念。

对于植物几何建模，和展示了可以通过使用系统来生成可以由类似于语言小乌龟来解释运行字符串。

在结构方面，形状语法被非常成功地运用在结构化设计中构造和分析上。

最初形状语法直接对标注过线和点进行操作。

然而，这种派生过程因其本质而变得复杂，并且通常由人手动完成，或者由人来决定使用规则，再由计算机完成。

形状语法简化后可以使语法变得更易于用计算机实现。

描述式造型方法没有交互式造型直观性，掌握命令行或者脚本相对困难，但是其执行效率很高，且更易精确地描述模型属性。

数据驱动式造型侧重于数据重用，与前两类造型方法有很大不同。

这类方法出现主要原因是由于现有几何造型系统生成大量遗产数据存在，而同时新兴三维扫描与重建技术发展使得真实世界几何数据获取变得更为方便。

此类方法有很好造型性能，但是其造型范围受限于后台驱动模型数据库。

这三类方法优缺点各异，见表，但都不能同时达到操作简单建模效率高精度合适效果，直接应用于警用快速建模，都存在着不足，因此探索新三维造型方法很有必要。

表三类主流造型技术特性比较造型方法原始数据交互工作量建模效率适应面应用领域交互式不需要中等至高较低广各类模型描述式抽象描述少高较窄植物建筑数据驱动式具体数据中等中等广动漫机械动态仿真技术动态仿真技术在工程领域及虚拟现实领域研究十分广泛，因应用领域不同而存在差别。

在工程领域，动态仿真需要较高模拟计算精度，因而主要基于物理学力学相关规律，考虑具体仿真对象建立数学模型，求解得到仿真结果，由于考虑影响因素较多，计算精度要求高，因而计算速度较慢，个大型结构对象动态仿真计算即使采用分布式计算也需要几小时几天甚至几十天时间。

在虚拟现实领域，对象动态仿真发展了两大类方法，非物理方法和基于物理方法。

非物理方法主要采用几何等方法进行动态对象仿真，这类方法优势在于计算速度快，但是对于警用领域而言，劣势也比较明显，因单纯依赖计算机辅助几何分析等理论，难于结合对象材料等属性进行仿真，从而即使仿真结果视觉上比较逼真，模拟结果上也达不到应用需求。

基于物理方法主要采用物理学力学规律，建立数学模型，与工程领域方法相比，该类方法同时结合虚拟现实自身发展算法，通过求解控制方程模拟对象运动效果。

该方法因其遵循或近似地遵循物理规律，从而容易对对象施加材料属性等信息，使得模拟结果相对于非物理方法更加真实，但对于警用实时应用而言，目前技术手段对大规模对象或场景动态模拟，计算速度较慢，不能满足需求。

根据警用领域实际应用特点，本项目研发目标是既符合物体运动规律，又能做到实时仿真。

因此必须探索新仿真策略和方法，以实现警用动态对象实仿真。

国内外快速建模与动态仿真应用发展快速建模技术在诸多领域有广泛应用，已经成为各种计算机辅助分析软件中核心模块之。

主流通用建模软件很多，如等通用建模软件。

但对于公安系统警员来说，由于这些软件需要许多专业