实景三维重建在军事领域的应用(上)


实景三维重建在军事领域的应用-大雁云

一、三维重建技术

三维重建技术是对三维物体或场景简历合适计算机表示和处理的数学模型,是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析的基础,也是在计算机中表达客观世界的虚拟现实的关键技术。

实景三维重建技术应用领域-大雁云

随着计算技术广泛应用于生产生活的方方面面,特别是随着3D打印技术等先进制造技术走进千家万户,高效建立物体三维几何模型的需求更加旺盛,三维重建技术 成为学术界研究热点。传统的三维建模技术,如计算机辅助设计是基于简单的曲线和曲面对三维模型进行直接设计,但这种技术难以精确表示髓像、人脸、树木等现实生活中常见的具有丰富表面细节的物体“基于图像的建模虽然具有较大的灵活性,但也同样无法有效对具有精致表面细节和几何信息丰富的物体进行重建。因此,研究人员使用各种获取设智对物体几何信息进行采集处理,从而得到真实温真的三维模型逐渐成为主要的三维建模手段。

实景三维重建效果图-大雁云

为了满足各类应用对真实世界三堆信息的需要。各个领域的研究人员都致力于新型获取手段的探索和现有重建技术的改进:如计算机视觉中需要获取目标的三维特征从而实现自动目标识别和分类,机器人学中需要借助对环境信息的获取实现自动导航。测绘学领域需要获取高精度的地形信息以及植被、建筑物、道路等非地形信息,而考古学需要获取文物及遗址的三维模型实现对它们的保护和修理等。来自多个领域的需求促使当前各种三堆里建技术层出不穷,精度不断提高,速率趋于实时,成本不断降低,进一步促进三维重建技术的广泛应用。特别是促进其在军事领域的深度应用。

二、实景三维重建技术在军事领域的应用

(一)军事测绘导航

实景三维重建在军事测绘领域的应用-大雁云

20世纪70年代美国航天局启动激光雷达技术(采用激光进行高度测量)研究,该技术目前已成为快速获取大规模空间信息的有效手段。激光雷达是一种集激光、全球定位系统(CPS)和愦性导航系统(INS)三种技术于一身的新技术,可用于获取大规模场景的高精度、高窗度三维坐标数据,并通过相应的软件转换为多种应用所需要的地形数字高程模型,可以进一步转化为数字正射影像、数字线划地图和数字栅格地图等数据。与传统的数字摄影测量手段相比,激光雷达技术在大大简化获取流程、缩短获取时间的同时提高了测丘精度。同时,激光技术可以从源头上解决高精度、高分辨率的三维地形数据和影像数据的快速获取同眩,大大促进三堆军事地理信息系统的发展与完善,可以为各类巡肮导弹路径规划等作战任务提供精确地理信息。

(二)虚拟战场构建

实景三维重建在虚拟战场构建的应用-大雁云

三维虚拟战场构建定位于为真实战场环境建立高精度、真三维、可量测、真实感强的模型,主要是指对目标环境内建筑物、地形、植被以及其他地物地貌的建模。作为数字战场的基础框架和平台,三维虚拟战场构建在军事训练、作战任务规划与指挥决策等方面具有广泛的应用。

实景三维重建构建虚拟战场-大雁云

美国国防高级项目研究计划局 DAKPA 自 20 世纪 80 年代起一直致力研究和开发 SIMNET 虚拟战场环境。以提供坦克协同训练,不仅降低了作战训练费用,同时提高了训练质量。到1989年,SIMNET形成了约260个地面装甲仿真器及通讯网络、指挥所和数据处理设笛等互连的网络,节点分布在美国和德国的11个城市,形成了一个包活海陆空多兵种,3700个仿真实体参与,地域布盖范图500x750km²的军事演练环境。美国海军研究实验室与弗吉尼亚技术研究室协作开发的战场可视化虚拟环境Dragon多次应用于作战演练,受到军方的一致肯定。

实景三维重建在虚拟战场的应用-大雁云

美军在90年代末明提出了信息优势七大先期概念研究项目,其中多项涉及战场可视化技术研究,主要有:陆军/海军陆战队联合在城区地形的军事行动的先期概念技术演示、陆军的综合态势认知和目标定位计划、快速地形可视化先期概念技术演示、作战空间指挥和控制先期技术演示等。作战空间招奔和控制先期技术演示,为应用于陆军作战指挥系统(包括机幼控制系统和21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统)的改进提供技术选择。

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