警用三维快速建模仿真系统研发及应用示范项目投资立项备案核准融资贷款申报资料.doc文档35页全文在线看

快速建模与动态仿真技术应用于公共安全领域的探索，国内尚处起步阶段，率先进行系统的应用探索的是中国科学院计算技术研究所，年，王兆其研究员主持的十五项目支持大型公共设施安全问题研究的虚拟现实系统研发项目，对面向大型公共设施安全问题研究的虚拟现实系统进行研发，为大型公共设施安全危机处臵预案模拟可视化编辑与辅助论证分析提供平台。

该项目主要服务于事故处臵预案，所以对建模与仿真的实时性要求不高，因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的仿真，这类方法的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，难于结合对象的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。

基于物理的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的算法，通过求解控制方程模拟对象的运动效果。

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的方法更加真实，但对于警用实时应用而言，目前的技术手段对大规模对象或场景的动态模拟，计算速度较慢，不能满足需求。

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的算法，通过求解控制方程模拟对象的运动效果。

果视觉上比较逼真，模拟结果上也达不到应用需求。

物理的方法主要采用几何等方法进行动态对象的仿真，这类方法的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，难于结合对象的材料等属性进行仿真，从而即使仿真结部分内容简介学模型，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，个大型的结构对象的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的时间。

在虚拟现实领域，对象的动态仿真发展了两大类方法，非物理的方法和基于物理的方法。

非物理的方法主要采用几何等方法进行动态对象的仿真，这类方法的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，难于结合对象的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。

基于物理的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的算法，通过求解控制方程模拟对象的运动效果。

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的方法更加真实，但对于警用实时应用而言，目前的技术手段对大规模对象或场景的动态模拟，计算速度较慢，不能满足需求。

根据警用领域的实际应用特点，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。

因此必须探索新的仿真策略和方法，以实现警用动态对象的实时仿真。

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

主流通用建模软件很多，如等通用的建模软件。

但对于公安系统的警员来说，由于这些软件需要许多专业知识，操作复杂，不便于现场应用，培训也需要大量的物力和人力。

这些导致了另个问题，即建模的效率较低。

另外，普通软件的普适性使得用户在使用其软件生成建筑模型的时候要做很多细化的工作，严重影响了建模效率。

同时，在推行软件正版化社会越来越尊重知识产权的今天，软件的高昂费用也成为了各用户的大负担。

动态仿真技术主要应用领域之是分析软件，如等，这些应用软件的优势是计算精度高，不足在于计算速度低。

在虚拟现实领域，动态对象模拟多用于数字娱乐的游戏影视制作的特技等，这些应用般仅要求视觉真实，不考虑精度问题。

快速建模与动态仿真技术应用于公共安全领域的探索，国内尚处起步阶段，率先进行系统的应用探索的是中国科学院计算技术研究所，年，王兆其研究员主持的十五项目支持大型公共设施安全问题研究的虚拟现实系统研发项目，对面向大型公共设施安全问题研究的虚拟现实系统进行研发，为大型公共设施安全危机处臵预案模拟可视化编辑与辅助论证分析提供平台。

该项目主要服务于事故处臵预案，所以对建模与仿真的实时性要求不高，因此如将其项目成果直接应用与公安系统，也不能满足警用的简便快速建模与仿真需求。

综合国内外研究与应用现状，本项目重点突破面向警用的快速建模与动态仿真技术，实现警用实时的交互式快速建模与动态仿真。

项目中建模方法与已有软件的交互式建模方法有定不同。

平台牺牲将定的建模对象的普适性，使其设计专门面向于警用建筑结构室内外环境的生成，用户不必拘泥于场景各个部件的精细造型，从而用户可以从些无关的细节中得以解脱，将精力重点放在室内外环境的整体架构上，表达用户真正想表达的信息。

在动态仿真过程中，对动态场景基于警用标准规范采用示意性和物理仿真引擎相结合，研发快速模拟方法，实时仿真警用对象的关键性的运动行为。

在具体的研发过程中采用建模仿真的多层次处理，注重软件操作界面的简单直观建模的高效和软件平台的易扩展性。

三研究开发内容技术关键及主要创新点研究开发内容为满足公安系统在处理突发刑事案件火灾交通事故等时现场应急决策和提早预案需求，本项目研发警用的三维快速建模与动态实时仿真系统，突破其中交互式快速建模实时动态仿真大规模场景实时绘制等关键技术，建立分布式开放式软件平台，并建立应用示范。

具体而言，本项目的研发内容包括警用交互式快速建模三维快速建模是本项目的核心，具有基础和支撑性作用，是后续动态实时仿真的基础，也是警用信息管理的对象之。

快速准确地建立刑事案件火警消防场景的模型，才能够使得后续仿真得以有效实施，换而言之，警员才能正确获悉环境和现场的可靠信息，做出正确的应对决策和预案。

因此，交互式快速建模技术是本项目研发的重点。

本项目中的建模首先必须快速，其次是要能准确地反映事件的实际环境。

结合公安系统实际需求，重点研究如下三方面对于建筑物室内外结构建模，采用面向警用领域的形状文法描述，重点研发基于单幅参考图像的三维建筑草图建模算法。

研发基于草图交互的单幅二维图像照相机参数快速推测技术，基于草图交互的三维建筑模型分析方法。

研发根据用户输入的二维手绘勾画线预测三维自由网格曲面的方法。

对于场景的动态模型，包括人交通工具作案工具等，重点研发个性化标注与参数化模型库建立和应用技术。

根据警用的特点，结合相关规范，对重要模型采用特征化网格。

此外，该数据库也存储典型模型的材质等物理信息。

警用三维快速建模子系统。

在建立警用三维模型信息库的基础上，系统采用了统系统框架插件来实现相关的功能。

主要研发交互式快速建模和动态仿真系统，以交互式快速建模平台为核心，形成三维警用快速建模子系统框架。

警用三维快速建模子系统暂时开发代号采用形状文法描述，以输入脚本的形式做用户配臵。

具体而言，输入由个用户配臵的，组按照标准方式开发的插件以及相关的各种媒体资源所组成。

所需定制的三维应用程序。

当解析的脚本有时，可自动报错。

总体描述如图所示。

部分典型模型，如人刀具简单家具等，可以直接从模型库中通过设定参数输出。

而绝大多数的场景是通过用户绘制草图或者输入图像辅之以交互实现模型的构建。

用户界面命令动作数据模型命令管理器通过鼠标键盘菜单工具条等产生的操作消息都将被传递到动作管理器配置文件通过配置文件创建用户界面，并创建，并将所有命令注册到中系统中所有的数据都集中存储在中应用程序服务提供给开发人员种方便地使用框架的途径图快速建模子系统工作方式项目将研发简洁直观易用的建模交互界面，布局分为四个区域菜单及快捷按钮场景信息区三维视窗区功能命令区。

各区域功能如表所示。

此种设计优点是，三维视窗区及其右键菜单承担了大多数的操作，辅助以界面上部的菜单和工具栏，使受过良好训练的用户可以快速的进行建模操作。

表交互区域的简介及比较区域名称功能简介使用频率菜单及快捷按钮区提供文件操作视角转换功能低场景信息窗口管理场景树，供用户选择以进行进步操作。

中三维视窗区用户的主要交互区域，可在此进行三维模型绘制及浏览。

高功能命令区为减少交互复杂性而提供的交互命令，中高考虑到用户的方便与笔式输入设备的结合，项目将在在三维视窗区侧端添加了功能命令区，分担了三维视窗区内操作的压力。

采用层的复制实现形状与底层形状相匹配等问题。

动态仿真子系统。

开发统的快速仿真物理引擎，同时结合个性化标注以及动态路径设定方式，使得用户能够自由选定需要模拟对象的类别示意性标注动态路径设定和可计算对象，能够自动激发仿真模拟计算，并能够将结果实时地进行显示。

动态仿真子系统主要通过个性化标注运动路径设定和动态仿真引擎来完成动态对象的实时仿真的需要。

该子系统通过设定合理的交互方式，包括路径设定可计算仿真对象指定等来完成，通过访问警用对象信息数据库，触发仿真引擎，完成动态对象仿真的计算。

该模块的关键是设计合理的界面和对象数据库信息运动约束的正确处理，包括快速的碰撞检测算法。

系统可以通过交互界面由用户指定对象的运动路径，也可以分析对象数据库信息，智能地确定可计算的模拟对象，并能够通过两种方式结合的方式触发可计算模拟计算所采用的物理模型和数学求解方法。

二维矢量子系统。

该子系统是基于警用需求所设计的二维矢量分析和仿真子系统。

由于三维交互建模和仿真是项目所构建系统的难点，所以本报告主要针对三维建模方法和仿真技术做了介绍和分析。

系统同时提供二维矢量分析与仿真系统。

主要包括两方面的应用，是与警用地理信息系统等与矢量相关信息相结合的应用另是二维建模的需要。

个性化标注子系统。

个性化标注子系统包括二维个性化标注和三维个性化标注，在场景的绘制与渲染动态仿真中起着重要作用。

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