警用三维快速建模仿真系统研发及应用示范项目可行性报告

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1、警用三维快速建模仿真系统研发及应用示范项目可行性报告一、立项的背景和意义在日常生活中，重大刑事案件、火灾、重大交通事故等严重威胁着国家和人民的生命与财产安全，如何准确应对这类突发恶性事件，并作出及早预案以及事后分析总结是公安部门亟待解决的重大科技问题。警用三维快速建模与仿真系统针对各类恶性突发事件，通过快速模拟事件现场，在事件发生前进行模拟反事件演习，在事件发生时为现场的指挥决策提供可视化交互式的支持，在事件发生后对事件过程进行回放，分析事件发生原因或总结经验教训，从而有效地提高公安系统处置恶性事件的能力。虽然现代高科技已经为各类刑事案件的侦破、火警消防、交通事故

2、的预案与分析提供了有效地技术手段，但各种复杂环境下案件现场指挥与决策、火灾现场模拟、恶性事件预演与回放等都对警用科技提出了更高要求。在课题组多年与市　公安系统的合作研究中总结发现，公安系统针对案件和事故现场的快速建模和仿真的需求最为迫切。一方面，重大刑事案件的现场分析和应对，需要快速、直观地掌握案件中对象（疑犯、着火点等）的环境信息，包括室内外建筑物场景等，以帮助现场决策与指挥；另一方面，重要公共设施（如体育场馆、会议中心等）都需要对可能出现的灾情做出合理地模拟仿真，以便提出科学的应对预案。此外，在对重大事件的事后分析与研究时，如要对事件的情景回放，也需要场景的快

3、速建模与对象行为的仿真。总之，借助方便易用的三维快速建模和仿真平台，可帮助公安人员更为合理地设计复杂建筑物中疑犯的抓捕方案、大型建筑中的人群疏散预案、地震火灾时大型建筑中的人员脱逃路线、高层建筑物的救火方案，以及现场相关人员实时了解案情进展并迅速制定恰当的应对方案等等。40面对公安系统对三维快速建模与现场实时仿真的迫切需求，国内外还没有成熟的技术手段，可以依据少量的已知图像或描述信息来快速准确地重构警用场景模型，并提供和谐的人机交互界面，以方便广大公安干警等非专业人士使用。同时，面向警用对象的动态仿真应用也尚未开展，其主要原因在于面向该领域应用的实时仿真技术尚缺乏

4、足够的领域智能技术支持。因此，研发面向警用的三维快速建模与实时仿真系统意义重大。项目的成功研发将有帮于警员快速有效地分析突发公共事件的真实场景，制定应对方案和启动快速反应机制。系统的核心问题是正确地建立突发事件场所的室内外场景；刻画出突发事件的主要真实情景；模拟事件过程中可能出现的后果；在安防部门内部快速传递现场真实信息。本项目拟在近年来虚拟现实领域、计算机图形学领域以及分布式计算技术研究与发展的基础上，突破警用快速建模与动态实时仿真的若干关键技术，包括警用场景的三维快速建模、警用动态对象仿真、场景的实时绘制与渲染等；研发界面友好、开放软件体系架构的三维快速建模和

5、动态实时仿真系统，并在公安部门建立应用示范。一、国内外研究现状和发展趋势本项目目标是面向警用领域研发三维快速建模与动态实时仿真系统，为重大事故与案件的现场分析、情景重现或案情预演提供平台，并在应用单位建立分布式、开放式的应用示范系统。面向警用的三维快速建模和动态仿真是本项目的两大核心问题，迄今为止，国内外研究和应用领域都做了大量的相关工作。1.快速建模技术快速建模技术是计算机技术研究的重要领域，从二十世纪六十年代开始到现在，已经发展成为重要的研究领域和工业产业。根据操作内容和处理流程的不同，可以将当前的主流造型技术分为：交互式建模、描述式建模、和数据驱动式建模三类

6、。其中应用最广泛的就是交互式造型，现有主流三维造型软件如3DMAX、MAYA、AutoCAD、Google40SketchUp等都是基于交互式造型的。所谓交互式造型，通常是提供一个三维交互建模平台，用户通过鼠标及键盘交互地操作各类几何元素，进行各类几何编辑，最终形成目标模型。这类软件一般都提供了对点线面的基本操作，比如复制、移动、删除、变换、拉伸等等。通过这些简单的操作，就能构造出较为复杂的几何图形。1980年代发展起来的自由变形技术，到近年来的网格曲面多分辨率方法等，不断地丰富着交互式造型。此方法在给予了用户很大灵活性的同时，也带来了操作量大，建模效率不足的问题

7、。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。这种方法通常采用的是过程化建模，最早起源于过程式的纹理图像生成技术。后者发展于80年代，采用精确的过程式脚本描述，可以生成各种木材、云彩、石料纹理，以及各种材质的绘制效果。A.Lindermayer最早在其多细胞生物的建模论文中引入了L-系统概念。对于植物的几何建模，Prusinkiewicz和Lindenmayer展示了可以通过使用L-系统来生成可以由类似于LOGO语言的小乌龟来解释运行的字符串。在结构方面，形状语法被非常成功地运用在结构化设计中的构造和

8、分析上。最