针对无人机传统的航迹规划方法存在求解效率低、适用范围窄的问题, 提出一种考虑全局和局部规划相耦合的航迹规划方法。首先, 提出几何航迹碰撞检测法以改进跳点搜索(JPS)算法, 提升无人机在全局环境中航迹规划能力; 其次, 提出一种耦合策略的航迹规划框架, 通过将无人机全局航迹信息与动态窗口局部航迹信息进行耦合, 扩展动态窗口法的评价子函数, 确保无人机在动态环境中具备灵活的避障能力; 最后, 通过仿真实验论证了所提改进JPS算法在全局搜索时间、航迹距离和航迹转折点数目等方面较现有方法的优势, 验证了耦合算法在动态环境中的稳定避障能力。

为实现两个射频识别(RFID)碰撞标签信息的检测和分离, 提出一种利用 Gen2标准中 FM0标签编码固有记忆特性的检测方法。通过对 FM0比特编码特点和碰撞标签信息的无记忆检测分析, 得到基于单个比特持续时间的无记忆检测方法的条件错误概率和单个标签信息检测的误码率; 然后利用单个 FM0比特编码需要前一比特的“记忆”特性, 得到对应于前一比特的一对测量值和对应于下一比特的一对测量值, 进而得到碰撞标签信息的 1比特记忆辅助检测时的条件错误概率和误码率性能; 并对在帧 Aloha媒质接入方案中采用提出的检测方法时的 N个标签群的总延迟减少性能进行了分析。仿真实验结果表明, 提出的 1比特记忆辅助检测方法, 相比于无记忆检测具有更好的误码率性能, 且能减少标签群接入时的总延迟。

三维激光雷达被广泛应用在无人驾驶系统中对道路环境的检测和防碰撞检测。为增加激光雷达对扫描点云进行分割的准确性, 提出一种基于深度投影的点云目标实时分割方法。首先采用体素化滤波去除噪声点, 然后使用渐进式形态学滤波方法去除地面点, 最后将点云进行深度投影, 建立三维点云与深度投影图像的映射关系, 利用深度投影图像的自适应角度阈值对点云进行目标分割, 并将分割后的点云目标构造混合层次包围盒进行碰撞检测。实验结果表明该方法相对于传统聚类算法在时间效率上有明显提升, 并且能有效降低过分割问题, 实验数据目标分割准确率达到了7882%, 结合混合层次包围盒算法对分割后的点云目标进行碰撞检测, 可有效地识别并判断物体空间位置关系, 提升碰撞识别的准确性。

血管介入手术训练系统是利用虚拟现实技术帮助医生学员快速、高效、低成本地掌握血管介入手术技能的训练系统。由于国外商业产品存在较高技术壁垒且我国对本课题的研究起步较晚, 导致系统存在血管形变仿真缺失、力反馈计算方法简单等诸多不足。针对这些问题研发了一套血管介入手术虚拟训练系统, 实现了系统的血管与导丝柔性形变、血管碰撞检测、力反馈计算与导丝运动控制等功能。分别基于张量有限元和杆单元有限元构建了血管和导丝的物理模拟模型; 研究了血管与导丝模型的碰撞检测方法; 通过导丝前端碰撞模型与血管壁碰撞模型间的接触面积构造非线性力学方程, 提出了非线性力反馈计算方法。实验结果表明, 系统中血管张量有限元物理模型具有良好的柔性形变效果, 为系统提供了较好的视觉反馈信息; 非线性力反馈计算方法更好的模拟了导丝与血管间作用力的特性; 系统实现了手术训练功能, 并具有良好的实时性。

基于SURF帧间配准和运动历史图像构建, 提出了一种基于序列图像的运动目标检测新方法。针对运动检测容易出现虚警的情况, 结合多帧关联思想和碰撞检测理论提出多帧碰撞检测算法, 以剔除虚假运动目标。在标准测试集上测试序列仿真验证, 结果表明, 该运动目标检测算法具备较高的查全率以及极高的检测精度和极低的虚警率。

研究了应用于移动平台的器官柔性形变仿真方法。提出了面向移动平台的碰撞检测方法, 通过模型的外层包围盒迅速剔除场景中未发生碰撞的情况, 进而对模型的几何面元进行相交检测, 从而实现对器官的碰撞检测。研究了应用于虚拟器官的质点-弹簧模型, 通过对形变区域的控制降低形变的计算量, 通过对虚拟器械的运动控制避免形变过程中虚拟器官发生穿透或者脱离器械的现象。实验结果表明, 器官柔性形变仿真与交互方法计算速度快、交互过程自然, 可应用于移动平台的虚拟手术仿真系统中。