1、警用三維快速建模仿真系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用示范項(xiàng)目可行性報(bào)告一、 立項(xiàng)的背景和意義在日常生活中，重大刑事案件、火災(zāi)、重大交通事故等嚴(yán)重威脅著國(guó)家和人民的生命與財(cái)產(chǎn)安全，如何準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)這類突發(fā)惡性事件，并作出及早預(yù)案以及事后分析總結(jié)是公安部門亟待解決的重大科技問題。警用三維快速建模與仿真系統(tǒng)針對(duì)各類惡性突發(fā)事件，通過快速模擬事件現(xiàn)場(chǎng)，在事件發(fā)生前進(jìn)行模擬反事件演習(xí)，在事件發(fā)生時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)的指揮決策提供可視化交互式的支持，在事件發(fā)生后對(duì)事件過程進(jìn)行回放，分析事件發(fā)生原因或總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從而有效地提高公安系統(tǒng)處置惡性事件的能力。雖然現(xiàn)代高科技已經(jīng)為各類刑事案件的偵破、火警消防、交通事故的預(yù)案與分析提供了有效地技術(shù)

2、手段，但各種復(fù)雜環(huán)境下案件現(xiàn)場(chǎng)指揮與決策、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)模擬、惡性事件預(yù)演與回放等都對(duì)警用科技提出了更高要求。在課題組多年與市公安系統(tǒng)的合作研究中總結(jié)發(fā)現(xiàn)，公安系統(tǒng)針對(duì)案件和事故現(xiàn)場(chǎng)的快速建模和仿真的需求最為迫切。一方面，重大刑事案件的現(xiàn)場(chǎng)分析和應(yīng)對(duì)，需要快速、直觀地掌握案件中對(duì)象（疑犯、著火點(diǎn)等）的環(huán)境信息，包括室內(nèi)外建筑物場(chǎng)景等，以幫助現(xiàn)場(chǎng)決策與指揮；另一方面，重要公共設(shè)施（如體育場(chǎng)館、會(huì)議中心等）都需要對(duì)可能出現(xiàn)的災(zāi)情做出合理地模擬仿真，以便提出科學(xué)的應(yīng)對(duì)預(yù)案。此外，在對(duì)重大事件的事后分析與研究時(shí)，如要對(duì)事件的情景回放，也需要場(chǎng)景的快速建模與對(duì)象行為的仿真?？傊柚奖阋子玫娜S快速建模和仿

3、真平臺(tái)，可幫助公安人員更為合理地設(shè)計(jì)復(fù)雜建筑物中疑犯的抓捕方案、大型建筑中的人群疏散預(yù)案、地震火災(zāi)時(shí)大型建筑中的人員脫逃路線、高層建筑物的救火方案，以及現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)人員實(shí)時(shí)了解案情進(jìn)展并迅速制定恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)方案等等。面對(duì)公安系統(tǒng)對(duì)三維快速建模與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)仿真的迫切需求，國(guó)內(nèi)外還沒有成熟的技術(shù)手段，可以依據(jù)少量的已知圖像或描述信息來(lái)快速準(zhǔn)確地重構(gòu)警用場(chǎng)景模型，并提供和諧的人機(jī)交互界面，以方便廣大公安干警等非專業(yè)人士使用。同時(shí)，面向警用對(duì)象的動(dòng)態(tài)仿真應(yīng)用也尚未開展，其主要原因在于面向該領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)尚缺乏足夠的領(lǐng)域智能技術(shù)支持。因此，研發(fā)面向警用的三維快速建模與實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)意義重大。項(xiàng)目的成功研發(fā)

4、將有幫于警員快速有效地分析突發(fā)公共事件的真實(shí)場(chǎng)景，制定應(yīng)對(duì)方案和啟動(dòng)快速反應(yīng)機(jī)制。系統(tǒng)的核心問題是正確地建立突發(fā)事件場(chǎng)所的室內(nèi)外場(chǎng)景；刻畫出突發(fā)事件的主要真實(shí)情景；模擬事件過程中可能出現(xiàn)的后果；在安防部門內(nèi)部快速傳遞現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)信息。本項(xiàng)目擬在近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域以及分布式計(jì)算技術(shù)研究與發(fā)展的基礎(chǔ)上，突破警用快速建模與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真的若干關(guān)鍵技術(shù)，包括警用場(chǎng)景的三維快速建模、警用動(dòng)態(tài)對(duì)象仿真、場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制與渲染等；研發(fā)界面友好、開放軟件體系架構(gòu)的三維快速建模和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，并在公安部門建立應(yīng)用示范。二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)本項(xiàng)目目標(biāo)是面向警用領(lǐng)域研發(fā)三維快速建模與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)

5、仿真系統(tǒng)，為重大事故與案件的現(xiàn)場(chǎng)分析、情景重現(xiàn)或案情預(yù)演提供平臺(tái)，并在應(yīng)用單位建立分布式、開放式的應(yīng)用示范系統(tǒng)。面向警用的三維快速建模和動(dòng)態(tài)仿真是本項(xiàng)目的兩大核心問題，迄今為止，國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用領(lǐng)域都做了大量的相關(guān)工作。1. 快速建模技術(shù)快速建模技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)研究的重要領(lǐng)域，從二十世紀(jì)六十年代開始到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展成為重要的研究領(lǐng)域和工業(yè)產(chǎn)業(yè)。根據(jù)操作內(nèi)容和處理流程的不同，可以將當(dāng)前的主流造型技術(shù)分為：交互式建模、描述式建模、和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式建模三類。其中應(yīng)用最廣泛的就是交互式造型，現(xiàn)有主流三維造型軟件如 3dmax、maya、autocad、google sketchup等都是基于交互式造型的。

6、所謂交互式造型，通常是提供一個(gè)三維交互建模平臺(tái)，用戶通過鼠標(biāo)及鍵盤交互地操作各類幾何元素，進(jìn)行各類幾何編輯，最終形成目標(biāo)模型。這類軟件一般都提供了對(duì)點(diǎn)線面的基本操作，比如復(fù)制、移動(dòng)、刪除、變換、拉伸等等。通過這些簡(jiǎn)單的操作，就能構(gòu)造出較為復(fù)雜的幾何圖形。1980年代發(fā)展起來(lái)的自由變形技術(shù)，到近年來(lái)的網(wǎng)格曲面多分辨率方法等，不斷地豐富著交互式造型。此方法在給予了用戶很大靈活性的同時(shí)，也帶來(lái)了操作量大，建模效率不足的問題。描述式造型方法通常采用命令行或者腳本等形式來(lái)描述對(duì)象，再由建模系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)換為內(nèi)部造型指令，最后生成目標(biāo)模型。這種方法通常采用的是過程化建模，最早起源于過程式的紋理圖像生成技術(shù)。后

7、者發(fā)展于80年代，采用精確的過程式腳本描述，可以生成各種木材、云彩、石料紋理，以及各種材質(zhì)的繪制效果。a. lindermayer最早在其多細(xì)胞生物的建模論文中引入了l-系統(tǒng)概念。對(duì)于植物的幾何建模，prusinkiewicz 和 lindenmayer 展示了可以通過使用l-系統(tǒng)來(lái)生成可以由類似于 logo 語(yǔ)言的小烏龜來(lái)解釋運(yùn)行的字符串。在結(jié)構(gòu)方面，形狀語(yǔ)法被非常成功地運(yùn)用在結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中的構(gòu)造和分析上。最初的形狀語(yǔ)法直接對(duì)標(biāo)注過的線和點(diǎn)進(jìn)行操作。然而，這種派生過程因其本質(zhì)而變得復(fù)雜，并且通常由人手動(dòng)完成，或者由人來(lái)決定使用的規(guī)則，再由計(jì)算機(jī)完成。形狀語(yǔ)法簡(jiǎn)化后可以使語(yǔ)法變得更易于用計(jì)算機(jī)實(shí)

8、現(xiàn)。描述式造型方法沒有交互式造型的直觀性，掌握命令行或者腳本相對(duì)困難，但是其執(zhí)行的效率很高，且更易精確地描述模型的屬性。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式造型側(cè)重于數(shù)據(jù)重用，與前兩類造型方法有很大不同。這類方法出現(xiàn)的主要原因是由于現(xiàn)有的幾何造型系統(tǒng)生成的大量遺產(chǎn)數(shù)據(jù)存在，而同時(shí)新興的三維掃描與重建技術(shù)的發(fā)展使得真實(shí)世界的幾何數(shù)據(jù)獲取變得更為方便。此類方法有很好的造型性能，但是其造型范圍受限于后臺(tái)驅(qū)動(dòng)的模型數(shù)據(jù)庫(kù)。這三類方法優(yōu)缺點(diǎn)各異，見表1，但都不能同時(shí)達(dá)到操作簡(jiǎn)單、建模效率高、精度合適的效果，直接應(yīng)用于警用快速建模，都存在著不足，因此探索新的三維造型方法很有必要。 表1 三類主流造型技術(shù)的特性比較：造型方法原始數(shù)據(jù)

9、交互工作量建模效率適應(yīng)面應(yīng)用領(lǐng)域交互式不需要中等至高較低廣各類模型描述式抽象描述少高較窄植物、建筑數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)式具體數(shù)據(jù)中等中等廣動(dòng)漫、機(jī)械2. 動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)在工程領(lǐng)域及虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域研究十分廣泛，因應(yīng)用領(lǐng)域的不同而存在差別。在工程領(lǐng)域，動(dòng)態(tài)仿真需要較高的模擬計(jì)算精度，因而主要基于物理學(xué)、力學(xué)相關(guān)規(guī)律，考慮具體的仿真對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，求解得到仿真結(jié)果，由于考慮影響因素較多，計(jì)算精度要求高，因而計(jì)算速度較慢，一個(gè)大型的結(jié)構(gòu)對(duì)象的動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算即使采用分布式計(jì)算也需要幾小時(shí)、幾天甚至幾十天的時(shí)間。在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，對(duì)象的動(dòng)態(tài)仿真發(fā)展了兩大類方法，非物理的方法和基于物理的方法。非物理的方法主要采用

10、幾何等方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)對(duì)象的仿真，這類方法的優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算速度快，但是對(duì)于警用領(lǐng)域而言，劣勢(shì)也比較明顯，因單純依賴計(jì)算機(jī)輔助幾何分析等理論，難于結(jié)合對(duì)象的材料等屬性進(jìn)行仿真，從而即使仿真結(jié)果視覺上比較逼真，模擬結(jié)果上也達(dá)不到應(yīng)用需求?；谖锢淼姆椒ㄖ饕捎梦锢韺W(xué)、力學(xué)規(guī)律，建立數(shù)學(xué)模型，與工程領(lǐng)域方法相比，該類方法同時(shí)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)自身發(fā)展的算法，通過求解控制方程模擬對(duì)象的運(yùn)動(dòng)效果。該方法因其遵循或近似地遵循物理規(guī)律，從而容易對(duì)對(duì)象施加材料屬性等信息，使得模擬結(jié)果相對(duì)于非物理的方法更加真實(shí)，但對(duì)于警用實(shí)時(shí)應(yīng)用而言，目前的技術(shù)手段對(duì)大規(guī)模對(duì)象或場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)模擬，計(jì)算速度較慢，不能滿足需求。根據(jù)警用領(lǐng)域的實(shí)

11、際應(yīng)用特點(diǎn)，本項(xiàng)目研發(fā)目標(biāo)是既符合物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，又能做到實(shí)時(shí)仿真。因此必須探索新的仿真策略和方法，以實(shí)現(xiàn)警用動(dòng)態(tài)對(duì)象的實(shí)時(shí)仿真。3.國(guó)內(nèi)外快速建模與動(dòng)態(tài)仿真的應(yīng)用發(fā)展快速建模技術(shù)在諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為各種計(jì)算機(jī)輔助分析軟件中的核心模塊之一。主流通用建模軟件很多，如maya、3ds max等通用的建模軟件。但對(duì)于公安系統(tǒng)的警員來(lái)說(shuō)，由于這些軟件需要許多專業(yè)知識(shí)，操作復(fù)雜，不便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，培訓(xùn)也需要大量的物力和人力。這些導(dǎo)致了另一個(gè)問題，即建模的效率較低。另外，普通cad軟件的普適性使得用戶在使用其軟件生成建筑模型的時(shí)候要做很多細(xì)化的工作，嚴(yán)重影響了建模效率。同時(shí)，在推行軟件正版化、社會(huì)

12、越來(lái)越尊重知識(shí)產(chǎn)權(quán)的今天，cad軟件的高昂費(fèi)用也成為了各用戶的一大負(fù)擔(dān)。動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域之一是分析軟件，如ansys、fluent等，這些應(yīng)用軟件的優(yōu)勢(shì)是計(jì)算精度高，不足在于計(jì)算速度低。在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，動(dòng)態(tài)對(duì)象模擬多用于數(shù)字娛樂的游戲、影視制作的特技等，這些應(yīng)用一般僅要求視覺真實(shí)，不考慮精度問題。快速建模與動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)應(yīng)用于公共安全領(lǐng)域的探索，國(guó)內(nèi)尚處起步階段，率先進(jìn)行系統(tǒng)的應(yīng)用探索的是中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，2006年，王兆其研究員主持的“十一五”863項(xiàng)目“支持大型公共設(shè)施安全問題研究的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)研發(fā)”項(xiàng)目，對(duì)面向大型公共設(shè)施安全問題研究的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，為大型公共設(shè)施安

13、全危機(jī)處置預(yù)案模擬、可視化編輯與輔助論證分析提供平臺(tái)。該項(xiàng)目主要服務(wù)于事故處置預(yù)案，所以對(duì)建模與仿真的實(shí)時(shí)性要求不高，因此如將其項(xiàng)目成果直接應(yīng)用與公安系統(tǒng)，也不能滿足警用的簡(jiǎn)便、快速建模與仿真需求。綜合國(guó)內(nèi)外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，本項(xiàng)目重點(diǎn)突破面向警用的快速建模與動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)警用實(shí)時(shí)的交互式快速建模與動(dòng)態(tài)仿真。項(xiàng)目中建模方法與已有軟件的交互式建模方法有一定不同。平臺(tái)犧牲將一定的建模對(duì)象的普適性，使其設(shè)計(jì)專門面向于警用建筑結(jié)構(gòu)室內(nèi)外環(huán)境的生成，用戶不必拘泥于場(chǎng)景各個(gè)部件的精細(xì)造型，從而用戶可以從一些無(wú)關(guān)的細(xì)節(jié)中得以解脫，將精力重點(diǎn)放在室內(nèi)外環(huán)境的整體架構(gòu)上，表達(dá)用戶真正想表達(dá)的信息。在動(dòng)態(tài)仿真過

14、程中，對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景基于警用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范采用示意性和物理仿真引擎相結(jié)合，研發(fā)快速模擬方法，實(shí)時(shí)仿真警用對(duì)象的關(guān)鍵性的運(yùn)動(dòng)行為。在具體的研發(fā)過程中采用建模仿真的多層次處理，注重軟件操作界面的簡(jiǎn)單直觀、建模的高效和軟件平臺(tái)的易擴(kuò)展性。三、 研究開發(fā)內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵及主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)（一）研究開發(fā)內(nèi)容為滿足公安系統(tǒng)在處理突發(fā)刑事案件、火災(zāi)、交通事故等時(shí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急決策和提早預(yù)案需求，本項(xiàng)目研發(fā)警用的三維快速建模與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，突破其中交互式快速建模、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真、大規(guī)模場(chǎng)景實(shí)時(shí)繪制等關(guān)鍵技術(shù)，建立分布式、開放式軟件平臺(tái)，并建立應(yīng)用示范。具體而言，本項(xiàng)目的研發(fā)內(nèi)容包括：1) 警用交互式快速建模三維快速建模是本項(xiàng)目的核

15、心，具有基礎(chǔ)和支撐性作用，是后續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真的基礎(chǔ)，也是警用信息管理的對(duì)象之一?？焖?、準(zhǔn)確地建立刑事案件、火警消防場(chǎng)景的模型，才能夠使得后續(xù)仿真得以有效實(shí)施，換而言之，警員才能正確獲悉環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)的可靠信息，做出正確的應(yīng)對(duì)決策和預(yù)案。因此，交互式快速建模技術(shù)是本項(xiàng)目研發(fā)的重點(diǎn)。本項(xiàng)目中的建模首先必須快速，其次是要能準(zhǔn)確地反映事件的實(shí)際環(huán)境。結(jié)合公安系統(tǒng)實(shí)際需求，重點(diǎn)研究如下三方面：a. 對(duì)于建筑物室內(nèi)外結(jié)構(gòu)建模，采用面向警用領(lǐng)域的形狀文法描述，重點(diǎn)研發(fā)基于單幅參考圖像的三維建筑草圖建模算法。研發(fā)基于草圖交互的單幅二維圖像照相機(jī)參數(shù)快速推測(cè)技術(shù)，基于草圖交互的三維建筑模型分析方法。研發(fā)根據(jù)用戶輸入

16、的二維手繪勾畫線預(yù)測(cè)三維自由網(wǎng)格曲面的方法。b. 對(duì)于場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)模型，包括人、交通工具、作案工具等，重點(diǎn)研發(fā)個(gè)性化標(biāo)注與參數(shù)化模型庫(kù)建立和應(yīng)用技術(shù)。根據(jù)警用的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范，對(duì)重要模型采用特征化網(wǎng)格表面模型、網(wǎng)格實(shí)體以及采樣點(diǎn)模型建立。對(duì)于場(chǎng)景中的次要對(duì)象和非仿真計(jì)算應(yīng)用對(duì)象，采用個(gè)性化標(biāo)注方式進(jìn)行建立，以提高建模的效率。c. 研究三維場(chǎng)景模型的底層特征提取，包括建筑模型的內(nèi)在幾何特征以及幾何重要度（geometric saliency）計(jì)算；研發(fā)場(chǎng)景中模型的整體特征分析，探索基于草圖交互的提取模型對(duì)稱性以及其他結(jié)構(gòu)信息的快速算法。2）突發(fā)事件場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)仿真定性與定量地對(duì)突發(fā)事件中對(duì)象進(jìn)行

17、仿真，對(duì)突發(fā)事件的下一步發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行有效地預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)重大案情、事件的重現(xiàn)、還原以及預(yù)演，能幫助警員做出正確的決策與預(yù)案。本項(xiàng)目擬采用以下策略做動(dòng)態(tài)仿真： a. 為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速反應(yīng)，結(jié)合行業(yè)相關(guān)規(guī)范和應(yīng)用需求特點(diǎn)，對(duì)場(chǎng)景中的動(dòng)態(tài)對(duì)象，通過人、交通工具運(yùn)動(dòng)路線的設(shè)定和個(gè)性化標(biāo)注方式實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬對(duì)象的控制和仿真，以幫助警員做現(xiàn)場(chǎng)分析； b. 對(duì)于子彈、火焰和交通工具等和周圍環(huán)境的交互，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的案情進(jìn)展情況，采用基于物理的方法進(jìn)行仿真，即主要根據(jù)物理學(xué)、力學(xué)的中相關(guān)的運(yùn)動(dòng)定律，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行合理地簡(jiǎn)化和處理，獲得運(yùn)動(dòng)對(duì)象的逼真動(dòng)態(tài)效果。3）突發(fā)事件場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制 響應(yīng)速度是快速建模和仿真

18、的關(guān)鍵，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，需要對(duì)項(xiàng)目實(shí)施中的每個(gè)環(huán)節(jié)的速度做重點(diǎn)考慮。大規(guī)模場(chǎng)景繪制與渲染是其中的重要問題之一，項(xiàng)目在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)研究和發(fā)展基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)用特點(diǎn)和需求實(shí)際，重點(diǎn)在以下兩個(gè)方面做重點(diǎn)研發(fā)： a. 突出實(shí)際場(chǎng)景中環(huán)境和動(dòng)態(tài)對(duì)象的主要特征，忽略次要特征，對(duì)主要的特征采用真實(shí)感繪制方法，對(duì)次要特征和行業(yè)規(guī)范的典型特征采用表意性繪制方法，從而實(shí)現(xiàn)表意性與真實(shí)感場(chǎng)景繪制的有機(jī)結(jié)合，提高場(chǎng)景的真實(shí)感和繪制速度。 b. 對(duì)規(guī)模較大的場(chǎng)景，即對(duì)人群運(yùn)動(dòng)、大規(guī)模的建筑場(chǎng)景等，采用采樣點(diǎn)和層次繪制技術(shù)相結(jié)合的方式，優(yōu)化計(jì)算分解和計(jì)算重用，提高虛擬對(duì)象的繪制規(guī)模。4）分布式、開放式軟件體系架構(gòu)實(shí)

19、現(xiàn)快速建模與動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)在應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的協(xié)同工作與快速發(fā)布，我們采用開放的分布式架構(gòu)。一方面，分布式的系統(tǒng)保障應(yīng)用時(shí)上下級(jí)部門的場(chǎng)景快速有效地傳遞以及在同級(jí)業(yè)務(wù)部門協(xié)同分析； 另一方面，采用開放式的應(yīng)用模式，遵循標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一性、先進(jìn)性、安全性、擴(kuò)展性和穩(wěn)定性等基本原則。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，強(qiáng)調(diào)各類基礎(chǔ)資源的復(fù)用和可擴(kuò)展性，采用建立基本模型數(shù)據(jù)庫(kù)以實(shí)現(xiàn)典型模型的參數(shù)化建立和模型特征的統(tǒng)計(jì)分析，以引擎-插件的架構(gòu)方式完成系統(tǒng)功能及其擴(kuò)展。 5）應(yīng)用示范項(xiàng)目將以某省會(huì)城市公安局為示范單位建立警用快速建模與仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，在各級(jí)公安機(jī)關(guān)內(nèi)實(shí)現(xiàn)三維環(huán)境信息快速傳遞，完成突發(fā)事件的上報(bào)、三維

20、場(chǎng)景信息的傳遞、決策和指揮等功能，包括提供x3d結(jié)合xml場(chǎng)景信息、視頻、音頻等形式服務(wù)。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)三種典型應(yīng)用模式，即刑事案件模式、火警消防模式和交通事故處理模式。 （二）關(guān)鍵技術(shù)本項(xiàng)目面向警用領(lǐng)域研發(fā)快速建模與動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，為警方現(xiàn)場(chǎng)對(duì)案情進(jìn)行分析決策提供服務(wù)，同時(shí)在安防演練中對(duì)突發(fā)事件的具體發(fā)生發(fā)展做具體演示，為安全分析和應(yīng)對(duì)預(yù)案做有效參考。在本項(xiàng)目中，核心問題是模型建立的快速準(zhǔn)確以及動(dòng)態(tài)仿真的有效性。具體而言，本項(xiàng)目對(duì)以下關(guān)鍵技術(shù)做重點(diǎn)研發(fā)：（1） 合理運(yùn)用二維草圖交互界面，完成三維建筑模型的交互設(shè)計(jì)、分析與計(jì)算任務(wù)。其科學(xué)本質(zhì)是在信息缺失的情況下（特別是深度信息的缺失），尋找合適

21、三維建筑統(tǒng)計(jì)表示模型，構(gòu)建二維草圖交互元素到三維幾何信息的合理映射關(guān)系。（2） 利用有限的圖像信息，利用建筑物本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，來(lái)提高草圖交互的精確性以及做到二義性排除。（3） 對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)對(duì)象做有效仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)火焰、人群以及作案工具等的運(yùn)動(dòng)仿真，平衡仿真過程中的運(yùn)行速率和仿真有效性問題。（4） 對(duì)警用規(guī)模較大場(chǎng)景進(jìn)行快速實(shí)時(shí)繪制與渲染，解決表意性繪制與環(huán)境和對(duì)象真實(shí)感繪制渲染問題。（5） 建模與場(chǎng)景信息系統(tǒng)的管理，提供分布式協(xié)同工作機(jī)制，采用文本、視頻、音頻等形式使得模型、場(chǎng)景信息能夠在應(yīng)用中快速、有效傳遞。（三）主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與通用的建模系統(tǒng)和已有的諸多行業(yè)建模系統(tǒng)相區(qū)別，本項(xiàng)目所研發(fā)的系

22、統(tǒng)主要是警用域內(nèi)的應(yīng)用，側(cè)重與快速、交互，目標(biāo)是靈活易用。尤其是在所給控制參數(shù)和圖像信息不足的情形下中如何快速建立模型。同時(shí)，本項(xiàng)目的另一重點(diǎn)是場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)仿真，在重現(xiàn)或預(yù)演刑事案件、火警消防、交通事故場(chǎng)景，對(duì)實(shí)際應(yīng)用意義重大。具體而言，本項(xiàng)目的具有以下創(chuàng)新點(diǎn)或特色：1) 將草圖交互與三維建筑幾何計(jì)算問題融合起來(lái)進(jìn)行研究，注重草圖交互建模中三維建筑模型統(tǒng)計(jì)信息的引入。2) 采用手繪草圖界面，有助于快速準(zhǔn)確地構(gòu)建幾何模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)修改調(diào)整。3) 將規(guī)則驅(qū)動(dòng)的過程式建模與草圖交互技術(shù)相結(jié)合來(lái)構(gòu)建三維幾何形體，做到造型直觀性和造型精確性之間的均衡。4) 基于物理的動(dòng)態(tài)對(duì)象的模擬，采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

23、中多分辨率等技術(shù)與物理規(guī)律相結(jié)合，對(duì)動(dòng)態(tài)對(duì)象進(jìn)性快速的模擬與仿真。5) 采用采表意性繪制與真實(shí)感繪制相結(jié)合，側(cè)重提高計(jì)算與分析的重用，提高場(chǎng)景的繪制與渲染效率。6) 系統(tǒng)采用引擎-插件模式，使得建模和仿真系統(tǒng)易于擴(kuò)展，同時(shí)采用分布式架構(gòu)實(shí)現(xiàn)警用域內(nèi)的協(xié)同工作與場(chǎng)景信息快速有效傳遞。四、 項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)（主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化前景）（一） 主要技術(shù)指標(biāo)本項(xiàng)目針對(duì)警用快速建模與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真需求，在總結(jié)已有建模和仿真等相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對(duì)警用領(lǐng)域的特定應(yīng)用需求，突破其中若干關(guān)鍵技術(shù)，并建立應(yīng)用示范，其主要功能與性能指標(biāo)包括：1）系統(tǒng)具有開放的軟件體系架構(gòu)，能夠支持建模方法的擴(kuò)展、仿真算發(fā)

24、的改良與生長(zhǎng)，用戶插件的開發(fā)，應(yīng)用模式的拓展，使得系統(tǒng)能夠根據(jù)日益增長(zhǎng)的用戶需求不斷發(fā)展，并支持場(chǎng)景信息和動(dòng)態(tài)仿真數(shù)據(jù)的分布式管理；2）系統(tǒng)能夠集成二、三維場(chǎng)景信息以及文本、影像、音視頻數(shù)據(jù)。支持場(chǎng)景信息、仿真信息以及決策信息一體化模式的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布；3）研發(fā)的系統(tǒng)整體響應(yīng)性能在5秒以內(nèi)，正常情況下并發(fā)訪問量應(yīng)不小于20個(gè)；4）在300個(gè)用戶并發(fā)訪問時(shí)，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定運(yùn)行；5）二維場(chǎng)景信息以及表意化三維場(chǎng)景信息交換的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于3秒； 6）系統(tǒng)熟練使用者對(duì)于建筑面積200平米的一般室內(nèi)場(chǎng)景建模不超過5分鐘，刑事案件場(chǎng)景的仿真速度每秒在15幀以上；7）系統(tǒng)高層居民樓單戶火災(zāi)場(chǎng)景建模不超過3分鐘，仿真

25、速度在每秒20幀以上。 預(yù)期可獲得的專利等知識(shí)產(chǎn)權(quán)項(xiàng)目將在面向域的快速建模技術(shù)、基于物理的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)、警用大規(guī)模場(chǎng)景的表意繪制與真實(shí)感繪制等關(guān)鍵技術(shù)與算法實(shí)現(xiàn)上取得突破，預(yù)計(jì)可申請(qǐng)包括發(fā)明專利在內(nèi)的如下自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)：（1）申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)以上；（2）獲得擁有完成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件著作權(quán)4項(xiàng)以上；（3）在國(guó)內(nèi)外重要期刊和知名國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表論文8篇以上；人才培養(yǎng)狀況警用三維快速建模與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的研發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)工程，同時(shí)，快速建模和動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)在工程領(lǐng)域、虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域以及其它諸多應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)非常重要的作用，相關(guān)研究亦是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)械工程等學(xué)科的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。本項(xiàng)目

26、既有對(duì)相關(guān)科學(xué)問題的深入研究，又有較強(qiáng)的開發(fā)實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過本項(xiàng)目的開展，將可以培養(yǎng)一批計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域高質(zhì)量的研究生（8人以上）；培養(yǎng)一支高素質(zhì)、具有在虛擬現(xiàn)實(shí)等相關(guān)學(xué)科研發(fā)能力、系統(tǒng)運(yùn)行服務(wù)能力的人才隊(duì)伍。（二）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)化分析警用三維快速建模與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)是面向公安系統(tǒng)重大需求而進(jìn)行的研究與開發(fā)，項(xiàng)目的成功研發(fā)將有助于解決公共場(chǎng)所災(zāi)情預(yù)警與災(zāi)后救助，提高公安系統(tǒng)應(yīng)急救援與處理能力。將為刑事案件的偵破、疑犯的抓捕、重大火災(zāi)的現(xiàn)場(chǎng)指揮和事后分析、重大事故的預(yù)案以及交通事故分析等提供強(qiáng)大的輔助手段。從而有利于維護(hù)國(guó)家與人民生命財(cái)產(chǎn)安全，其社會(huì)效益巨大。項(xiàng)目所研發(fā)的

27、初步成果（三維場(chǎng)景靜態(tài)編輯、關(guān)鍵部位標(biāo)注及示意）已經(jīng)在市公安局刑偵支隊(duì)進(jìn)行試應(yīng)用，支隊(duì)刑警對(duì)該初步成果在刑事案件現(xiàn)場(chǎng)指揮中發(fā)揮的輔助決策作用表示非常滿意，同時(shí)也提出了許多改進(jìn)意見與建議，并在此基礎(chǔ)上經(jīng)多次協(xié)商課題組提出了警用三維快速建模與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的系列需要目標(biāo)。因此，基于上述警用實(shí)際需要而提出的項(xiàng)目研發(fā)成果必然具有廣泛的應(yīng)用前景，可以在全省乃至全國(guó)公安系統(tǒng)進(jìn)行推廣應(yīng)用，從而對(duì)提高刑事案件的破獲率、惡性事件的科學(xué)分析與事前預(yù)案、災(zāi)情應(yīng)急處理與救助起到積極作用。本項(xiàng)目在研發(fā)過程中突破的關(guān)鍵共性技術(shù)，包括快速建模技術(shù)、動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)、實(shí)時(shí)場(chǎng)景繪制技術(shù)，將為相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用提供技術(shù)支持，這些應(yīng)用領(lǐng)

28、域涉及民用安防系統(tǒng)，重大自然災(zāi)害的預(yù)警、預(yù)報(bào)、災(zāi)后救助與分析系統(tǒng)，以及數(shù)字娛樂、動(dòng)畫影視制作等領(lǐng)域。五、 課題實(shí)施方案、技術(shù)路線、組織方式與課題分解（一）實(shí)施方案與技術(shù)路線針對(duì)警用室內(nèi)三維預(yù)案與輔助決策，項(xiàng)目研發(fā)快速建模和動(dòng)態(tài)仿真平臺(tái)，使之能快速建立、重建或恢復(fù)案件的情境，以協(xié)助警方進(jìn)行案件的討論與偵破、以及罪犯的抓捕、火警消防的現(xiàn)場(chǎng)決策、重大事故的預(yù)防等。其中快速建模和動(dòng)態(tài)仿真是本項(xiàng)目的核心工作，項(xiàng)目針對(duì)警用域的特點(diǎn)重點(diǎn)研究和開發(fā)；場(chǎng)景的繪制與渲染是影響系統(tǒng)響應(yīng)速度的重要因素，項(xiàng)目將研發(fā)實(shí)時(shí)繪制與渲染策略預(yù)算法。并在此基礎(chǔ)上，在應(yīng)用單位建設(shè)支持協(xié)同工作與場(chǎng)景信息傳遞的的分布式、開放式軟件平臺(tái)

29、，進(jìn)行應(yīng)用示范。1) 警用交互式建模平臺(tái)警用建模平臺(tái)的主要功能就是進(jìn)行室內(nèi)外情景模擬?？梢栽诖嘶A(chǔ)上動(dòng)態(tài)對(duì)象的仿真，從而進(jìn)行案情分析，犯罪模擬等等。考慮到應(yīng)用需求和使用對(duì)象的具體情況，在平臺(tái)研發(fā)中重點(diǎn)考慮軟件操作界面的簡(jiǎn)潔直觀性、平臺(tái)建模的高效性、良好的擴(kuò)展性。據(jù)此，項(xiàng)目重點(diǎn)研發(fā)基于草圖的交互式建模技術(shù)，主要從形狀文法和基于圖像建模角度入手，作研究和突破，從而達(dá)到快速建模的目的。研發(fā)的建模方法總體上屬于幾何建模，采用計(jì)算機(jī)視覺與草圖交互方法的交叉性研究與開發(fā)，主要的思路在于通過方便直觀的草圖勾畫交互，提供有效的算法啟發(fā)信息，尋求幾何計(jì)算問題的高效穩(wěn)定解決方案。為了便于系統(tǒng)的統(tǒng)一，我們將最終的模

30、型都轉(zhuǎn)換到離散網(wǎng)格形式。整體思路如圖1所示。目標(biāo)場(chǎng)景模型二維參考圖像三維場(chǎng)景模型基于手繪草圖的人機(jī)交互三維模型元素庫(kù)三維概率模型建筑等圖元命令模型紋理素材分析與處理識(shí)別與處理圖1 警用快速建模結(jié)構(gòu)圖基于草圖的建模方法的研究已經(jīng)較為廣泛，本項(xiàng)目的建模方法實(shí)在已有成果基礎(chǔ)上進(jìn)行的。同時(shí)，注意到單純依賴于草圖交互的已知方法，不管從計(jì)算精度，還是從計(jì)算魯棒性來(lái)衡量，都不能取得滿意的效果。本項(xiàng)目結(jié)合警用具體需求，主要從常用場(chǎng)景中抽象出抽象的領(lǐng)域知識(shí)表達(dá)，將結(jié)合幾何計(jì)算問題的本質(zhì)特點(diǎn)，探尋場(chǎng)景模型生成的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，然后結(jié)合已有的過程式幾何表述法，來(lái)找到有效表達(dá)方法?；诖耍诒卷?xiàng)目的研究中，著重考慮引入模型

31、特征對(duì)三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方法，以及考察基于參考圖像的交互建模方法，具有較強(qiáng)的技術(shù)可行性。特別的，這種基于概率模型的整體表達(dá)方法有助于消除三維語(yǔ)境中，草圖交互過程的二義性與模糊性。為適應(yīng)于草圖交互中所需的幾何計(jì)算分析要求，項(xiàng)目將重點(diǎn)研究三維幾何形體數(shù)據(jù)的本質(zhì)特性。類似于圖像分析與理解中的研究，三維幾何形體的底層特征對(duì)于三維形體的分析與理解至關(guān)重要。在二維柵格圖像處理中，基于拉普拉斯算子或高斯算子的魯棒特征提取方法如surf和sift都獲得了巨大成功。項(xiàng)目將借鑒這種思路，將其推廣到網(wǎng)格曲面情況，主要考察網(wǎng)格曲面的二階微分量。根據(jù)后續(xù)局部形狀匹配和三維模型庫(kù)構(gòu)造的要求，以此為起點(diǎn)找到與旋轉(zhuǎn)縮放無(wú)

32、關(guān)的幾何特征子。然后，通過特征配對(duì)方法，來(lái)計(jì)算幾何模型各種與尺度旋轉(zhuǎn)相關(guān)的對(duì)稱性表示，并用于對(duì)三維建筑模型進(jìn)行交互式地分割。我們擬對(duì)處理后的幾何模型進(jìn)行對(duì)稱性標(biāo)記，便于整體幾何特征的索引和統(tǒng)計(jì)分析。采用統(tǒng)一的參數(shù)和符號(hào)，將三維警用模型表達(dá)為一個(gè)過程式生成過程，是一個(gè)較為簡(jiǎn)便易行的方法。然而這種方式缺乏表達(dá)的多樣性，不易引入約束條件。因此項(xiàng)目將重點(diǎn)考察將已有的模型生成式表達(dá)推廣至帶參數(shù)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（bayesian networks）概率模型，這樣有利于獲取室內(nèi)外模型的重復(fù)性和對(duì)稱性的統(tǒng)計(jì)特征表達(dá)。對(duì)于幾何特征之間的約束關(guān)系，擬通過找出各特征之間的條件概率表達(dá)，統(tǒng)一到這一概率模型中；而各種部分常

33、見的建筑語(yǔ)義元素（如房門、窗戶等）擬通過引入狀態(tài)量進(jìn)行建模與統(tǒng)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展出各種形狀參數(shù)的概率估計(jì)方法。對(duì)于給定參考圖像或者各種草圖輸入的情況，項(xiàng)目的核心思路是基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率模型，將各種輸入數(shù)據(jù)綜合起來(lái)放到一個(gè)后驗(yàn)概率表達(dá)式中，以構(gòu)造出基于后驗(yàn)概率的變分問題。這時(shí)由于形狀參數(shù)和許多狀態(tài)量都未知，一種可行的解法是依賴于類em方法來(lái)優(yōu)化求解。另外，擬借助這一統(tǒng)計(jì)模型的參數(shù)估計(jì)能力來(lái)優(yōu)化建模過程中從圖像提取高分辨紋理的技術(shù)。由于我們的概率表達(dá)模型對(duì)應(yīng)于整個(gè)建筑等模型的生成過程，因此可以對(duì)模型如建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于單幅基于參考圖像的建模方法中，需要構(gòu)造一個(gè)合適的照相機(jī)參照系，以便

34、于進(jìn)一步的三維信息預(yù)測(cè)或幾何特征提取。為此，項(xiàng)目主要利用參考圖像中的模型平行線等約束條件進(jìn)行相機(jī)參數(shù)的預(yù)測(cè)。至于多幅模型參考圖像情況，借助于sift及其類似方法圖像特征方法為預(yù)處理，獲得較為稀疏深度信息，然后利用于平面約束和草圖交互信息，獲取足夠可靠的三維深度預(yù)測(cè)。采用計(jì)算機(jī)視覺相機(jī)標(biāo)定問題和稀疏點(diǎn)的三維恢復(fù)問題方法實(shí)現(xiàn)，這樣算法實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)量和風(fēng)險(xiǎn)都可降低。由于目前基于平面圖的二維識(shí)別方法已較為成熟，主要針對(duì)草圖交互模式，借助于圖像分割技術(shù)，提高已有算法的穩(wěn)定性。為了能實(shí)現(xiàn)像frank gehry一樣直接由二維草圖勾畫線來(lái)構(gòu)建三維自由曲面模型外型。我們擬基于已有的細(xì)分曲面相關(guān)應(yīng)用，選取適于警用場(chǎng)

35、景模型的自由曲面表示方法。由于二維到三維的映射問題是一個(gè)欠約束問題，引入基于曲面曲率計(jì)算的光順性度量作為附加的約束條件，以使問題得以解決。2) 動(dòng)態(tài)對(duì)象仿真系統(tǒng)本項(xiàng)目系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)仿真主要包括動(dòng)態(tài)場(chǎng)景編輯系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)對(duì)象運(yùn)動(dòng)行為仿真以及動(dòng)態(tài)場(chǎng)景瀏覽三個(gè)主要部分。通過動(dòng)態(tài)仿真，實(shí)現(xiàn)重大事件（包括刑事案件、火警消防和惡性交通事故等）的情景再現(xiàn)、現(xiàn)場(chǎng)還原以及案情分析和預(yù)演等功能，為警員提供有效的分析依據(jù)，從而輔助提出科學(xué)的對(duì)應(yīng)決策和預(yù)案等。在動(dòng)態(tài)仿真的三個(gè)主要部分中，動(dòng)態(tài)場(chǎng)景編輯、動(dòng)態(tài)場(chǎng)景瀏覽可以分別通過快速建模系統(tǒng)中的用戶交互和場(chǎng)景文件自動(dòng)生成方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里重點(diǎn)闡述動(dòng)態(tài)對(duì)象運(yùn)動(dòng)行為仿真的技術(shù)方案。重

36、大事件的場(chǎng)景復(fù)雜，影響因素很多，完全實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)行為的真實(shí)模擬，難度較大，目前的硬件設(shè)備也不能滿足實(shí)時(shí)計(jì)算的需要，本項(xiàng)目重點(diǎn)采用以下處理。個(gè)性化標(biāo)注與動(dòng)態(tài)路徑設(shè)定、仿真計(jì)算相結(jié)合的策略。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)策略，建立相應(yīng)警用對(duì)象信息數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)已發(fā)生的重大事件做統(tǒng)計(jì)，從中設(shè)定主要仿真對(duì)象、次要方針對(duì)象以及可計(jì)算對(duì)象。具體而言，對(duì)場(chǎng)景中建筑元素如室內(nèi)物品、道路等采用個(gè)性化示意標(biāo)注或者是從模型信息庫(kù)中依據(jù)給定參數(shù)提取模型；對(duì)與自然人的運(yùn)動(dòng)采用路徑設(shè)定，對(duì)于作案工具如子彈、飛刀、交通工具的運(yùn)動(dòng)碰撞等，采用計(jì)算仿真的形式。根據(jù)警用實(shí)際特點(diǎn)，個(gè)性化標(biāo)注采用附加三維包圍盒信息和必要物理屬性（如材質(zhì)等）的表示方法

37、，主要目的是為使仿真效果更加直觀，也有利于與可計(jì)算模擬對(duì)象之間相互影響的計(jì)算。對(duì)于可計(jì)算的對(duì)象，項(xiàng)目采用結(jié)合物理規(guī)律的基于物理的模擬仿真方法。理論上說(shuō)，如果給定足夠的信息，對(duì)于物體的運(yùn)動(dòng)可以做出較為精確的數(shù)值計(jì)算，但是對(duì)本項(xiàng)目應(yīng)用而言，運(yùn)行速度更為重要，所以我們擬簡(jiǎn)化物理學(xué)、力學(xué)規(guī)律，突出主要因素，忽略次要因素，根據(jù)具體應(yīng)用條件，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)定性與定量的近似模擬與仿真。本項(xiàng)目將采用引擎式動(dòng)態(tài)對(duì)象模擬方案，即開發(fā)仿真計(jì)算引擎，將所要計(jì)算方針對(duì)象統(tǒng)一納入同一框架下。具體而言，對(duì)于子彈、飛刀等剛體運(yùn)動(dòng)與碰撞，主要采用質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的歐拉-拉格朗日方程進(jìn)行統(tǒng)一模擬，并對(duì)碰撞等現(xiàn)象作具體

38、分析；對(duì)于柔性物體，我們采用基于多分辨率的物理方法，對(duì)物體做實(shí)體網(wǎng)格處理，進(jìn)而通過有限元等方法建立相應(yīng)的控制方程求解模擬；對(duì)于火焰、煙霧、人群等流動(dòng)對(duì)象，采用有限差分法和具體的警用行業(yè)規(guī)范進(jìn)行近似地?cái)U(kuò)散模擬。同時(shí)，結(jié)合圖形學(xué)中多分辨率技術(shù)、降維技術(shù)等加速仿真的模擬計(jì)算。仿真計(jì)算引擎的關(guān)鍵對(duì)所需計(jì)算的對(duì)象行為建立模擬所使用的物理模型，系統(tǒng)開發(fā)兩種選擇方式，一是用戶選擇的方式，使得操作者能夠?qū)σ恍┖?jiǎn)單明顯的對(duì)象直接選擇應(yīng)用物理模型；第二種方式就是系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別仿真對(duì)象運(yùn)動(dòng)屬性（包括材質(zhì)屬性、主要環(huán)境因素影響等），自動(dòng)選擇物理模型。物理模型主要分為剛體模型、連續(xù)體模型、流體模型、耦合模型等，并能方便地

39、擴(kuò)展更多模型。根據(jù)物理模型的選擇，系統(tǒng)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型進(jìn)行求解。具體方案如圖2：圖2 仿真計(jì)算流程數(shù)學(xué)方程求解可計(jì)算對(duì)象場(chǎng)景輸入物理模型建立數(shù)學(xué)模型建立2134部分模型路徑設(shè)定連續(xù)體模型材質(zhì)、環(huán)境等屬性剛體模型流體模型耦合模型粒子模型有限元法差分方法多分辨率技術(shù)降維方法牛頓定律拉格朗日方程斯托克斯方程碰撞檢測(cè)處理約束條件施加硬件加速3) 警用大規(guī)模場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制與渲染技術(shù)本項(xiàng)目的場(chǎng)景屬于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，對(duì)于場(chǎng)景規(guī)模較大的重大事件而言，繪制與渲染速度是制約整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)速度的重要因素，因此必須對(duì)場(chǎng)景的繪制技術(shù)做重點(diǎn)研發(fā)。根據(jù)項(xiàng)目自身特點(diǎn)，我們擬采用以下方案：對(duì)場(chǎng)景中的典型的模型，如自然人、常規(guī)家具

40、用從參數(shù)化模型庫(kù)中導(dǎo)入，對(duì)紋理信息等與渲染相關(guān)的信息，做到重用地繪制。對(duì)于其他典型的，不影響分析決策的模型，如道路兩旁的建筑等，我們采用表意性繪制，即綜合運(yùn)用示意性標(biāo)注、線框繪制等方法較為形象地反映模型的形狀等。對(duì)于室內(nèi)場(chǎng)景、人群流動(dòng)、火焰等采用真實(shí)感渲染的方法逼真繪制，以增加用戶的真實(shí)感感受。對(duì)規(guī)模較大的場(chǎng)景中需要真實(shí)感繪制的，如人群運(yùn)動(dòng)、大規(guī)模的建筑場(chǎng)景等，其中由于系統(tǒng)要求支持多角度、全方位場(chǎng)景瀏覽與編輯，我們主要采用可見性預(yù)測(cè)和層次細(xì)節(jié)模型方案。本項(xiàng)目采用三維場(chǎng)景結(jié)合動(dòng)態(tài)虛擬群體策略進(jìn)行可見性預(yù)測(cè),目標(biāo)動(dòng)態(tài)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)及事件場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)繪制. 首先對(duì)對(duì)室內(nèi)外場(chǎng)景進(jìn)行分割,利用基于硬件的可見

41、性剔除方法實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景繪制加速的同時(shí),具體如圖3所示。圖3 場(chǎng)景繪制與渲染結(jié)構(gòu)具體而言，對(duì)初始靜態(tài)場(chǎng)景的處理,利用軸向的二叉空間分割方法對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行自適應(yīng)劃分,形成場(chǎng)景層次二叉樹.對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行可見性剔除處理處理,剔除視域外和被遮擋的場(chǎng)景節(jié)點(diǎn),主要采用硬件遮擋剔除方法實(shí)現(xiàn).然后讀取體仿真數(shù)據(jù)中每個(gè)個(gè)體的運(yùn)動(dòng)路徑,計(jì)算與路徑上每個(gè)位置坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景節(jié)點(diǎn),并更新到群體仿真數(shù)據(jù)中. 對(duì)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)可見性判斷,根據(jù)場(chǎng)景可見性處理的結(jié)果將場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)的可見性直接賦予相對(duì)應(yīng)的個(gè)體,實(shí)現(xiàn)個(gè)體的可見性剔除，進(jìn)而進(jìn)行渲染與繪制，對(duì)于具體場(chǎng)景而言，如有必要，通過模型的網(wǎng)格簡(jiǎn)化進(jìn)行處理。項(xiàng)目將對(duì)表意性繪制與真實(shí)感繪制的融合機(jī)

42、制做重點(diǎn)研究，采用三維表意性繪制、模型包圍盒顯示以及個(gè)性化標(biāo)注相結(jié)合的策略，使得整個(gè)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景直觀、明晰、真實(shí)感強(qiáng)。4) 分布式、開放式警用建模與仿真系統(tǒng)本項(xiàng)目的目標(biāo)是建立分布式的、開放的警用建模與仿真系統(tǒng)，在警用內(nèi)部網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景信息和案件分析決策的有效傳遞、協(xié)同工作系統(tǒng)。系統(tǒng)主要以快速建模平臺(tái)為核心，建立仿真動(dòng)態(tài)模擬引擎和引擎，以夠以易于擴(kuò)展的方式支持特定的應(yīng)用模式如，刑事案件、火警消防等。系統(tǒng)的總體框架如圖4。 圖4 系統(tǒng)總體框架圖 系統(tǒng)分布式架構(gòu)主要考慮建模和仿真的場(chǎng)景能在公安系統(tǒng)內(nèi)部相關(guān)部門中通過網(wǎng)絡(luò)傳遞，開放式系統(tǒng)主要是指系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)支持相關(guān)添加、刪除、編輯等數(shù)據(jù)操作；快速建模和仿

43、真引擎支持相關(guān)模塊與方法、技術(shù)的改進(jìn)與添加；各子系統(tǒng)的功能方便地?cái)U(kuò)展。在系統(tǒng)的各個(gè)組成部分中，快速建模引擎、仿真計(jì)算引擎使項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)突破的重點(diǎn)。各子系統(tǒng)的構(gòu)建是系統(tǒng)方便易用、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。以下對(duì)系統(tǒng)的各部分的技術(shù)方案等做必要的說(shuō)明。1. 相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。 本系統(tǒng)主要包括三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)、場(chǎng)景信息數(shù)據(jù)庫(kù)和警用對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)分別是系統(tǒng)的建模、繪制與渲染、以及仿真計(jì)算做必要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和支持。其中三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)主要對(duì)典型模型的信息、包括形狀信息、參數(shù)信息做管理。此數(shù)據(jù)庫(kù)是基于草圖的快速建模的技術(shù)的基礎(chǔ)，二維草圖的形狀信息以及相關(guān)參數(shù)信息的建立是由三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)采用人工智能、統(tǒng)計(jì)學(xué)等

44、方法獲得的。所以該數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的有效性、數(shù)據(jù)管理的科學(xué)性是本項(xiàng)目實(shí)施的關(guān)鍵問題之一。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究面向警用領(lǐng)域的建模，所以三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)主要管理對(duì)典型模型如建筑物模型、室內(nèi)家具模型、道路模型以及公用設(shè)施模型等常用數(shù)據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能夠方便地建立典型的新的科目的三維模型。場(chǎng)景信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)于面向警用領(lǐng)域大規(guī)模場(chǎng)景繪制與渲染功能，用于用戶交互或系統(tǒng)自動(dòng)地區(qū)分場(chǎng)景中模型的繪制方法，包括表意性繪制或真實(shí)感繪制。該數(shù)據(jù)庫(kù)主要管理警用典型場(chǎng)景的繪制信息，即結(jié)合警用專業(yè)性，對(duì)一些典型對(duì)象如人、常規(guī)家具等的具體繪制方法做管理。警用對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)與場(chǎng)景信息數(shù)據(jù)庫(kù)的功能類似，所不同的是該數(shù)據(jù)庫(kù)為仿真計(jì)算服務(wù)，用

45、于系統(tǒng)能夠自動(dòng)或交互地選擇可計(jì)算仿真對(duì)象或給定路徑的仿真。此外，該數(shù)據(jù)庫(kù)也存儲(chǔ)典型模型的材質(zhì)等物理信息。 2. 警用三維快速建模子系統(tǒng)。在建立警用三維模型信息庫(kù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采用了“統(tǒng)一系統(tǒng)框架+插件”來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。主要研發(fā)交互式快速建模和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，以交互式快速建模平臺(tái)為核心，形成三維警用快速建模子系統(tǒng)框架。警用三維快速建模子系統(tǒng)（暫時(shí)開發(fā)代號(hào)gf）采用形狀文法描述，以輸入腳本的形式做用戶配置。具體而言，輸入由一個(gè)用戶配置的xml，一組按照標(biāo)準(zhǔn)方式開發(fā)的插件dll以及相關(guān)的各種媒體資源所組成。所需定制的三維應(yīng)用程序。當(dāng)解析的腳本有錯(cuò)誤時(shí)，可自動(dòng)報(bào)錯(cuò)?？傮w描述如圖6所示。 部分典型模型，

46、如人、刀具、簡(jiǎn)單家具等，可以直接從模型庫(kù)中通過設(shè)定參數(shù)輸出。而絕大多數(shù)的場(chǎng)景是通過用戶繪制草圖或者輸入圖像輔之以交互實(shí)現(xiàn)模型的構(gòu)建。 圖 5 快速建模子系統(tǒng)工作方式項(xiàng)目將研發(fā)簡(jiǎn)潔、直觀、易用的建模交互界面，布局分為四個(gè)區(qū)域：a. 菜單及快捷按鈕；b. 場(chǎng)景信息區(qū)；c. 三維視窗區(qū)；d. 功能命令區(qū)。各區(qū)域功能如表2所示。此種設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是，三維視窗區(qū)及其右鍵菜單承擔(dān)了大多數(shù)的操作，輔助以界面上部的菜單和工具欄，使受過良好訓(xùn)練的用戶可以快速的進(jìn)行建模操作。表2：交互區(qū)域的簡(jiǎn)介及比較區(qū)域名稱功能簡(jiǎn)介使用頻率菜單及快捷按鈕區(qū)提供文件操作、視角轉(zhuǎn)換功能低場(chǎng)景信息窗口管理場(chǎng)景樹，供用戶選擇以進(jìn)行進(jìn)一步操作。

47、中三維視窗區(qū)用戶的主要交互區(qū)域，可在此進(jìn)行三維模型繪制及瀏覽。高功能命令區(qū)為減少交互復(fù)雜性而提供的交互命令，中-高考慮到用戶的方便與筆式輸入設(shè)備的結(jié)合，項(xiàng)目將在在三維視窗區(qū)一側(cè)端添加了功能命令區(qū)，分擔(dān)了三維視窗區(qū)內(nèi)操作的壓力。采用層的復(fù)制實(shí)現(xiàn)形狀與底層形狀相匹配等問題。3. 動(dòng)態(tài)仿真子系統(tǒng)。 開發(fā)統(tǒng)一的快速仿真物理引擎，同時(shí)結(jié)合個(gè)性化標(biāo)注以及動(dòng)態(tài)路徑設(shè)定方式，使得用戶能夠自由選定需要模擬對(duì)象的類別（示意性標(biāo)注、動(dòng)態(tài)路徑設(shè)定和可計(jì)算對(duì)象），能夠自動(dòng)激發(fā)仿真模擬計(jì)算，并能夠?qū)⒔Y(jié)果實(shí)時(shí)地進(jìn)行顯示。動(dòng)態(tài)仿真子系統(tǒng)主要通過個(gè)性化標(biāo)注、運(yùn)動(dòng)路徑設(shè)定和動(dòng)態(tài)仿真引擎來(lái)完成動(dòng)態(tài)對(duì)象的實(shí)時(shí)仿真的需要。該子系統(tǒng)通過

48、設(shè)定合理的交互方式，包括路徑設(shè)定、可計(jì)算仿真對(duì)象指定等來(lái)完成，通過訪問警用對(duì)象信息數(shù)據(jù)庫(kù)，觸發(fā)仿真引擎，完成動(dòng)態(tài)對(duì)象仿真的計(jì)算。該模塊的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合理的界面和對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)信息、運(yùn)動(dòng)約束的正確處理，包括快速的碰撞檢測(cè)算法。系統(tǒng)可以通過交互界面由用戶指定對(duì)象的運(yùn)動(dòng)路徑，也可以分析對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)信息，智能地確定可計(jì)算的模擬對(duì)象，并能夠通過兩種方式結(jié)合的方式觸發(fā)可計(jì)算模擬計(jì)算所采用的物理模型和數(shù)學(xué)求解方法。4. 二維矢量子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是基于警用需求所設(shè)計(jì)的二維矢量分析和仿真子系統(tǒng)。由于三維交互建模和仿真是項(xiàng)目所構(gòu)建系統(tǒng)的難點(diǎn)，所以本報(bào)告主要針對(duì)三維建模方法和仿真技術(shù)做了介紹和分析。系統(tǒng)同時(shí)提供二維矢量分析

49、與仿真系統(tǒng)。主要包括兩方面的應(yīng)用，一是與警用地理信息系統(tǒng)等與矢量相關(guān)信息相結(jié)合的應(yīng)用；另一是二維建模的需要。5.個(gè)性化標(biāo)注子系統(tǒng)。個(gè)性化標(biāo)注子系統(tǒng)包括二維個(gè)性化標(biāo)注和三維個(gè)性化標(biāo)注，在場(chǎng)景的繪制與渲染、動(dòng)態(tài)仿真中起著重要作用。從業(yè)務(wù)角度來(lái)說(shuō)，警用的規(guī)范與個(gè)性化的圖示語(yǔ)言，是快速建模與仿真系統(tǒng)中必不可少部分。此部分將通過標(biāo)注示例控制面板來(lái)實(shí)現(xiàn)與用戶的信息交互。其核心是創(chuàng)建示例工具庫(kù)來(lái)標(biāo)注場(chǎng)景信息。對(duì)于二維場(chǎng)景而言，示例標(biāo)注僅顯示二維信息。然而無(wú)論是二維和三維，模型的標(biāo)注中，包圍盒信息室至關(guān)重要的，因?yàn)樗莿?dòng)態(tài)仿真中碰撞檢測(cè)與處理等中必須處理的。因此，系統(tǒng)擬通過兩種方式來(lái)處理包圍盒信息，一是按比例

50、顯示占位空間信息，及示例圖標(biāo)可參數(shù)化進(jìn)行；二是通過文字等記錄。具體選擇由用戶按直觀性需求指定。6. 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布子系統(tǒng)。對(duì)模型場(chǎng)景數(shù)據(jù)及動(dòng)態(tài)仿真信息采用一定的方式通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)信息的快速上報(bào)、傳遞功能，為警用內(nèi)部指揮、信息評(píng)估等提供先進(jìn)手段，用戶通過公安系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，使用瀏覽器調(diào)用表單、圖片、地圖等警用信息。由于目前網(wǎng)絡(luò)傳輸主要采用的是http 協(xié)議, 用戶在進(jìn)行調(diào)用場(chǎng)景頁(yè)面的過程中, 會(huì)遇到調(diào)用速度慢的情況，影響信息傳遞效率。場(chǎng)景信息的交換采用x3d和xml相結(jié)合的方式，主要考慮x3d是可擴(kuò)展的開放性標(biāo)準(zhǔn)，在web上實(shí)現(xiàn)了與xml、svg、mpeg-4等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的互操作。在軟件實(shí)現(xiàn)方面，x3

51、d充分利用當(dāng)前圖形硬件的高級(jí)特性，提高了場(chǎng)景傳遞質(zhì)量，為用戶提供了更好的三維體驗(yàn)。必須指出的是，除了網(wǎng)絡(luò)發(fā)布功能外，在建模和仿真子模塊中，系統(tǒng)將支持協(xié)同工作與處理功能，建立服務(wù)器-客戶端解決方案進(jìn)行。服務(wù)器端儲(chǔ)存總的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，和客戶端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，由此建立可以協(xié)同工作的警用分布式建模與仿真系統(tǒng)，這里不展開詳述。7. 系統(tǒng)安全全體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。在系統(tǒng)建設(shè)過程中，充分考慮各層次的安全措施和安全技術(shù)手段，通過軟硬件技術(shù)和安全管理手段以保證系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的環(huán)境中運(yùn)行。通過機(jī)房管理、內(nèi)外網(wǎng)隔離、ca認(rèn)證、數(shù)據(jù)加密、權(quán)限控制等安全機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)和信息的合法化訪問。同時(shí)，充分參考各種國(guó)家技術(shù)規(guī)范和警用行業(yè)

52、標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上和管理上提供標(biāo)準(zhǔn)化依據(jù)，逐步形成警用場(chǎng)景數(shù)字化信息化標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障。 同時(shí)充分考慮各層次的安全措施和安全技術(shù)手段，通過軟硬件技術(shù)和安全管理手段以保證系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的環(huán)境中運(yùn)行。5) 應(yīng)用示范項(xiàng)目將以某省會(huì)城市公安系統(tǒng)為示范城市建立警用快速建模與動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)。擬主要實(shí)現(xiàn)三種特定應(yīng)用情境模式，即刑事案件模式、火警消防處理模式和交通事故處理模式等。系統(tǒng)通過統(tǒng)一的用戶界面來(lái)實(shí)現(xiàn)快速建模和動(dòng)態(tài)仿真分析，在具體應(yīng)用過程中界面將實(shí)現(xiàn)操作界面的動(dòng)態(tài)變化。用戶可通過設(shè)定應(yīng)用模式的按鈕或者是輸入命令腳本來(lái)選擇具體的應(yīng)用。初步設(shè)計(jì)的模式選擇界面示意圖如圖7。圖7 不同場(chǎng)景模

53、式選擇的界面示意圖不同的情景功能支持根據(jù)不同應(yīng)用模式的特點(diǎn)，用戶（警員）可以實(shí)現(xiàn)重大案件或事故的現(xiàn)場(chǎng)快速仿真分析和事后重放，輔助做出決策。不同應(yīng)用模式的具體設(shè)計(jì)和應(yīng)用簡(jiǎn)要分析如下。1. 刑事案件模式。刑事案件情景模式擬實(shí)現(xiàn)重大刑事案件的案情現(xiàn)場(chǎng)分析預(yù)測(cè)、事后重演以及嫌犯抓捕方案的功能。在此刑事案件模式下，本平臺(tái)將采用wizard提示方式幫助用戶完成靜態(tài)三維環(huán)境建模、動(dòng)態(tài)對(duì)象設(shè)定、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真以及案件表述輸出四個(gè)步驟。為增加直觀性，以如下的場(chǎng)景示意圖圖8場(chǎng)景為例。在靜態(tài)三維建模步驟，擬區(qū)分室內(nèi)環(huán)境建模與室外環(huán)境建模兩種情況，通過筆式交互設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行交互，并對(duì)不同情況提供不同的建模元素。例如室內(nèi)

54、場(chǎng)景情況，顯示家具擺放、樓梯過道設(shè)計(jì)等工具按鈕；而室外場(chǎng)景情況，顯示道路建模、植被建模、室外其他三維模型導(dǎo)入等功能。此步驟可以通過現(xiàn)場(chǎng)觀察或由規(guī)劃、設(shè)計(jì)部門提供的工程圖紙進(jìn)行交互式建模。指定相關(guān)模型屬性特征，通過和三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)中信息進(jìn)行比對(duì)，自動(dòng)或手動(dòng)地確定繪制模型中繪制方式。此外，在建模過程中，用戶可以切換二維草圖與三維實(shí)時(shí)場(chǎng)景顯示模式和案件中的環(huán)境進(jìn)行比對(duì)。動(dòng)態(tài)對(duì)象設(shè)定與仿真步驟，主要是指定人物對(duì)象、兇器物品的初始位置和狀態(tài)。這里的人物更細(xì)致地區(qū)分為受害者、嫌疑人、目擊證人、其他證人、警員等，通過對(duì)象信息指定，并在繪制時(shí)采用不同的顏色邊框以示區(qū)別。路徑制定步驟著重于各類行動(dòng)路線設(shè)置，以及

55、案發(fā)動(dòng)態(tài)對(duì)象模擬事件的設(shè)定（例如子彈穿越、手榴彈爆炸等，飛刀入體等）。一旦設(shè)定后就可以采用動(dòng)態(tài)輸出的方式，對(duì)設(shè)定內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，如子彈可能受到的遮擋與折射、人質(zhì)等的安全性、爆炸物可能影響的范圍等將被系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真，并提交結(jié)果至用戶進(jìn)行觀察。在此過程中，用戶可以通過和系統(tǒng)進(jìn)行交互的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)疑犯的具體行為所引起的后果進(jìn)行預(yù)測(cè)，如逃跑路線，開槍射擊以及對(duì)周圍人的侵害等。 圖8 刑事案件應(yīng)用實(shí)例值得注意的是，在動(dòng)態(tài)模擬過程中，建筑物與室內(nèi)物品的遮擋效應(yīng)對(duì)案件的發(fā)展進(jìn)程影響巨大，因此建模的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性非常重要，這直接影響了仿真過程中人、武器、作案工具和周圍環(huán)境的碰撞檢測(cè)處理等影響的處理。這是本項(xiàng)目系統(tǒng)所

56、開發(fā)的建模引擎和仿真計(jì)算引擎有別于數(shù)字娛樂的電腦游戲相關(guān)引擎的具體表現(xiàn)。在現(xiàn)場(chǎng)案件分析中，警用快速建模與仿真系統(tǒng)能夠幫助警員科學(xué)地制定應(yīng)對(duì)方案，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的指揮意義重大。此外，刑事案件應(yīng)用模式對(duì)于刑事案件的事后分析、重大刑案的隱患預(yù)案的輔助作用也將十分明顯。對(duì)于案件的事后分析，通過案發(fā)或重點(diǎn)區(qū)域三維場(chǎng)景的重建，動(dòng)態(tài)對(duì)象的仿真，可以設(shè)定案件發(fā)生的可能情況，并由系統(tǒng)自動(dòng)再現(xiàn)可能的場(chǎng)景，幫助警員對(duì)案件的分析、偵破。對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域的刑事案件的預(yù)防，可以通過可能的場(chǎng)景預(yù)演，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的科學(xué)預(yù)案等。刑事案件應(yīng)用模式的可能應(yīng)用范圍還有相應(yīng)重大公共安全事故的分析等?？偨Y(jié)刑事案件模式的系統(tǒng)流程如圖9.圖9 刑事案件情

57、景模式靜態(tài)三維環(huán)境建模動(dòng)態(tài)對(duì)象設(shè)定動(dòng)態(tài)仿真分析案件動(dòng)態(tài)描述輸出動(dòng)畫播放場(chǎng)景存儲(chǔ)播放打包發(fā)布2134三維室內(nèi)建模人物對(duì)象兇器對(duì)象其他物證對(duì)象行動(dòng)路線設(shè)定可計(jì)算仿真模擬三維室外建模2. 火警消防處理模式。火警消防情景模式擬實(shí)現(xiàn)重大火災(zāi)案例的重演和消防疏散預(yù)案等功能。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的火災(zāi)都發(fā)生在室內(nèi)，為此火警消防模式中主要對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行建模，并且此模式中將添加了滅火器、消火栓、滅火器箱、安全通道等與火災(zāi)密切相關(guān)的三維建模元素。而在動(dòng)態(tài)對(duì)象設(shè)定階段，除人物對(duì)象以外，主要是引入了油、汽等各類火源對(duì)象以及電器等與火災(zāi)成因相關(guān)的動(dòng)態(tài)對(duì)象集合。所定義的火源對(duì)象根據(jù)現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)分類中的五大類別進(jìn)行區(qū)分。而人物對(duì)象部分則主要區(qū)分救火員、受災(zāi)群眾、圍觀群眾、肇事者等。另外，特別引入了各類消防車的模型，包含在滅火單位的描述中。對(duì)于具體的路線設(shè)定區(qū)分為受災(zāi)群眾逃生路線和消防單位滅火路線等。通過對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的三維快速建模、火源的燃燒仿真、煙霧的擴(kuò)散范圍仿真，可