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基于生物力学的虚拟人运动控制及行走仿真

计算机辅助设计与图形学学报 2018年第6期30卷 1110-1117页

作者：王建鹏秦文虎孙立博东南大学仪器科学与工程学院南京210096

为使虚拟人运动控制产生的运动行为更加接近真实人体运动,构建了一个基于生物力学的虚拟人运动控制系统.该控制系统主要包含3层:高层策略控制层,用于监控环境变化和虚拟人自身状态,并依据给定的控制策略向中间层送出控制信号;中间脊椎... 详细信息

为使虚拟人运动控制产生的运动行为更加接近真实人体运动,构建了一个基于生物力学的虚拟人运动控制系统.该控制系统主要包含3层:高层策略控制层,用于监控环境变化和虚拟人自身状态,并依据给定的控制策略向中间层送出控制信号;中间脊椎反射层,可接收来自高层的控制信号和感知到的虚拟人自身状态及环境信息,并映射为肌肉的激励信号;底层肌肉驱动层,通过引入肌腱模型来产生与真实人体肌肉力特性相同的驱动力.为了提高仿真行走运动的逼真性,在控制参数优化过程中引入步态相似度作为评价标准.在Matlab中的Simulink环境下进行虚拟人行走运动仿真实验的结果表明,文中系统能够自主控制虚拟人平稳行走且运动有很好的逼真性;仿真结果表明,该系统可行性强,且在优化过程中加入步态相似度评价标准获得的控制参数能够产生更为逼真的虚拟人行走运动.

关键词：生物力学虚拟人运动控制脊椎反射步态相似度

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热传导方程反问题的参数确定

热传导方程反问题的参数确定

作者：孙立博复旦大学

学位级别：硕士

本文主要研究了热传导方程反问题中扩散系数的数值重构问题。利用终端时刻温度的观测值u(x,T)=z(x)反演热传导方程中的未知系数q(x)。本文通过构造伴随问题,采用迭代的正则化方法求解,有效的简化了求解过程。

关键词：热传导方程反问题正则化伴随问题差分法方向导数 Armijo迭代

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虚拟人群仿真的路径规划新算法

东南大学学报（自然科学版） 2011年第2期41卷 420-424页

作者：李晓娜孙立博秦文虎东南大学仪器科学与工程学院南京210096 天津大学计算机科学与技术学院天津300072

提出了一种用于虚拟人群仿真的路径规划新算法.该算法由全局路径规划模块和局部避碰模块组成.全局路径规划模块利用具有最短距离约束的Delaunay三角形方法分割虚拟环境,并由具有距离信息的单元入口图进行表示;局部避碰模块利用相互速度... 详细信息

提出了一种用于虚拟人群仿真的路径规划新算法.该算法由全局路径规划模块和局部避碰模块组成.全局路径规划模块利用具有最短距离约束的Delaunay三角形方法分割虚拟环境,并由具有距离信息的单元入口图进行表示;局部避碰模块利用相互速度障碍物方法,并加入了停止规则.实验结果表明:通过对具有距离信息的单元入口图的遍历可获得并存储具有最短距离值的路径,个体通过查询该图即可获得有效全局疏散路径从而实现全局导航;相互速度障碍物方法实现了虚拟人之间,虚拟人与静态障碍物之间的避碰,而停止规则的运用彻底消除了抖动现象.该路径规划新算法实时模拟了人群疏散的运动过程,较真实地再现了疏散特性.

关键词：路径规划相对速度障碍物 Delaunay三角形单元入口图

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中国北方农田土壤微生物驱动N2O生成机制

中国北方农田土壤微生物驱动N2O生成机制

作者：孙立博吉林建筑大学

学位级别：硕士

一氧化二氮(NO)作为一种强力的温室气体(GHG),引起了人们的广泛关注,因为其100年的变暖潜力约为二氧化碳(CO)的298倍,并且它在平流层臭氧的消耗中起着重要作用。农业生态系统约占全球NO排放量的16%,其中至少有40%可归因于农业土壤中微... 详细信息

一氧化二氮(NO)作为一种强力的温室气体(GHG),引起了人们的广泛关注,因为其100年的变暖潜力约为二氧化碳(CO)的298倍,并且它在平流层臭氧的消耗中起着重要作用。农业生态系统约占全球NO排放量的16%,其中至少有40%可归因于农业土壤中微生物介导的氮循环。中国北方的旱地农业土壤位于连接昆仑山、秦岭和淮河的线路以北的地区。根据土壤性质、降水量和农业管理实践的差异,可以在中国的这一地区确定三个主要的分区,即东北平原、华北平原和西北地区。过去的几十年中,我国农业NO排放量显著增加,其中大部分增加归因于农业用地的扩大和肥料使用的增加。中国北方的旱地农业土壤是NO的主要来源,这些地区的总排放量占中国农田NO排放量的很大一部分(54%)。因此,了解我国北方地区农田土壤中微生物驱动的NO生成机制尤为重要。目前,对于华北平原农田土壤中NO产生的研究主要集中在北部地区,而对于淮北平原等南部边缘地区NO排放的研究较少。为了全面揭示我国北方地区农田土壤中NO产生的时空分布,本研究选取了吉林省安图市(夏季)、河北省衡水市(夏季)、甘肃省白银市(夏季)和安徽省亳州市(冬夏两季)垂向2 m深度的土壤样品。通过乙炔抑制法测定与NO产生的相关速率,并结合N-O双同位素示踪技术和宏基因测序技术,探讨了农田土壤在时间和空间尺度上NO产生途径的演替、微生物驱动机制和环境效应。本研究主要有以下结论:1、中国北方农田土壤的NO产生潜势表现出强烈的的空间异质性。甘肃土壤的NO产生潜势最高(0.800±0.159)ng·g·h,显著高于吉林(0.250±0.032ng·g·h)、河北(0.310±0.069 ng·g·h)和安徽土壤(0.057±0.009 ng·g·h)。硝化和硝化细菌反硝化过程(ND)是北方农田土壤中NO产生的主要过程,分别占94.05%±5.95%,54.33%±12.34%。表层土壤是农田土壤NO产生的热点区域,贡献了垂向深度上65.16%的NO产生。土壤含水率、p H和TOM是引起北方农田土壤NO空间变化的关键环境因子。2、中国北方农田土壤的微生物群落遗传组成均是细菌域的微生物占主导。在门的分类水平上,Proteobacteria是北方农田表层土壤中最丰富的氮循环微生物种类。在纲的分类水平上,Actinomycetia、Betaproteobacteria、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Planctomycetia、Acidobacteriia为主要的优势菌纲。Betaproteobacteria、Planctomycetia与NO产生和硝化潜势呈显著正相关。土壤含水率和p H值是解释氮循环微生物群落变化的主要因素。3、在淮北农田土壤中,硝化和ND过程主导了土壤中NO的产生。在垂向尺度上,表层土壤是NO产生的热点区域。在40cm深度以下,土壤几乎不产生NO。这种垂向分布受环境因素含水率、p H和TN含量的影响。在时间尺度上,土壤冬季仍然持续产生NO,且冬季土壤NO产生潜势(0.198±0.007 ng N gh)高出夏季土壤(0.057±0.009 ng N gh)一个数量级。水热条件的协同作用导致了淮北农田土壤NO产量的季节性分布。相比于季节,土壤深度变化对氮循环微生物的影响更大。功能基因hao、nir K和nor B是预测淮北农田土壤NO产生的关键因子。淮北农田土壤中,Actinomycetia Betaproteobacteria、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria为主要的优势菌纲。Alphaproteobacteria、Gemmatimonadates、Flavobacteriia、Acidobacteriia、Synechococcales、Bacteroidia、Planctomycetia、Verrucomicrobia对NO产生潜势有着较大贡献。本研究探讨了中国北方三大农耕平原的微生物驱动NO生成机制,明确了农田土壤中NO的具体来源和影响因子,并强调了冬季农田土壤中NO的产生不容忽视,为农业温室气体的合理减排提供了理论和数据支持。

关键词：北方农田垂向土壤氧化亚氮产生途径功能基因相对丰度氮循环微生物群落结构

基于连续模型和动力学仿真模型的高密度人群仿真算法

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计算机学报 2016年第7期39卷 1375-1392页

作者：孙立博孙晓峰秦文虎东南大学仪器科学与工程学院南京210096

为了真实模拟高密度下的人群运动,文中提出了一种将人群运动连续模型和人群动力学仿真模型相结合的高密度人群仿真算法.该方法首先将人群假设为连续的流体,并进行密度场的转化;然后通过计算最大速度场和单位消耗场,建立全局的动态势能场... 详细信息

为了真实模拟高密度下的人群运动,文中提出了一种将人群运动连续模型和人群动力学仿真模型相结合的高密度人群仿真算法.该方法首先将人群假设为连续的流体,并进行密度场的转化;然后通过计算最大速度场和单位消耗场,建立全局的动态势能场,并根据势能场的梯度得到期望的全局速度场;接着利用有限压缩性规则对人群的密度进行限制,通过高密度环境下产生的压力项校正速度场,从而插值更新人群位置,并对更新后的人群做最小距离限制,实现网格内部个体之间的避碰;最后引入GPU加速算法实现高密度人群快速仿真.仿真结果表明,基于连续模型和动力学仿真模型的高密度人群仿真算法能够逼真地模拟向同一目标或指定目标运动、躲避动静态障碍物、人群交汇等多种场景下的人群运动,这对现实生活中交通疏散方案的制定具有一定的指导意义.

关键词：虚拟人群仿真连续模型有限压缩性规则 GPU加速

基于红外相机和毫米波雷达融合的夜间行人检测

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传感技术学报 2021年第9期34卷 1137-1145页

作者：尚昊孙立博秦文虎东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

为了提升夜间环境行人检测的能力,使用红外相机和毫米波雷达进行信息融合。对两传感器数据进行时间配准并分别进行处理,利用改进YOLO算法处理红外图像得到目标类别特征,处理毫米波雷达数据获得目标的距离和速度特征,再建立空间对准模型... 详细信息

为了提升夜间环境行人检测的能力,使用红外相机和毫米波雷达进行信息融合。对两传感器数据进行时间配准并分别进行处理,利用改进YOLO算法处理红外图像得到目标类别特征,处理毫米波雷达数据获得目标的距离和速度特征,再建立空间对准模型对两传感器进行目标匹配,最后利用基于特征的融合算法完成夜间行人多模态信息输出。两传感器检测目标首次匹配之后,可以将类别信息反馈给雷达数据处理单元进行记录,当红外图像检测算法漏检时,利用雷达记录的信息补充输出类别特征。通过实验证明该融合算法提升了单一传感器行人检测成功率,在夜间场景具有良好的应用效果。

关键词：行人检测传感器融合 YOLO 毫米波雷达红外相机

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一种基于非线性弹簧模型的虚拟手交互新方法

中国图象图形学报 2008年第3期13卷 552-557页

作者：刘欣孙济洲刘艳孙立博天津大学计算机科学与技术学院天津300072

基于虚拟手的交互技术在人机交互和人机工程学测试等应用中发挥着重要的作用。为了实现直观自然、实时准确、接近真实世界中的虚拟手与虚拟物体的交互,并计算出反馈作用力,首先提出了用非线性弹簧模型计算抓取作用力,使虚拟手和虚拟环... 详细信息

基于虚拟手的交互技术在人机交互和人机工程学测试等应用中发挥着重要的作用。为了实现直观自然、实时准确、接近真实世界中的虚拟手与虚拟物体的交互,并计算出反馈作用力,首先提出了用非线性弹簧模型计算抓取作用力,使虚拟手和虚拟环境之间实现了基于物理的交互;然后将计算结果以视觉渲染的形式反馈给用户,并对仿真的速率做了定量分析,以便使仿真速率可以达到屏幕刷新频率和力反馈刷新频率的要求。实验结果表明,虚拟手不仅可以直观自然地抓取3维虚拟物体,而且和3维物体之间能够进行实时交互,同时可计算出反馈作用力。

关键词：虚拟现实虚拟手碰撞检测数据手套虚拟抓取

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基于混合感知信息的路径规划模型

计算机工程 2010年第10期36卷 32-34,43页

作者：孙立博刘艳孙济洲倪慧天津大学计算机科学与技术学院天津300072

针对动态未知环境下的自主虚拟人实时避障问题,提出一种基于混合感知信息的路径规划模型。该模型由全局规划器和局部规划器组成,全局规划器依据已知环境信息先行规划出优化的运动路线,局部规划器通过对人类的规划行为进行分析,建立用于... 详细信息

针对动态未知环境下的自主虚拟人实时避障问题,提出一种基于混合感知信息的路径规划模型。该模型由全局规划器和局部规划器组成,全局规划器依据已知环境信息先行规划出优化的运动路线,局部规划器通过对人类的规划行为进行分析,建立用于局部动态规划的运动代价评估函数,实现虚拟人在动态未知场景中的智能规划行为。实验结果表明,该模型能保证实时性,模拟符合人类特征的规划行为。

关键词：混合感知全局路径规划局部路径规划自主虚拟人

基于改进LRCN模型的驾驶行为图像序列识别方法

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江苏大学学报（自然科学版） 2018年第3期39卷 303-308,329页

作者：吴昊平鹏孙立博秦文虎东南大学仪器科学与工程学院江苏南京210096

针对汽车安全辅助驾驶技术中驾驶行为识别精度低、收敛速度慢等问题,提出了一种基于改进LRCN模型的驾驶行为图像序列识别方法.采用自建驾驶行为数据集作为输入样本,经过金字塔降采样和高斯混合模型特征提取等预处理算法,得到标准视频图... 详细信息

针对汽车安全辅助驾驶技术中驾驶行为识别精度低、收敛速度慢等问题,提出了一种基于改进LRCN模型的驾驶行为图像序列识别方法.采用自建驾驶行为数据集作为输入样本,经过金字塔降采样和高斯混合模型特征提取等预处理算法,得到标准视频图像序列,此序列传入以卷积神经网络和门控递归单元为基础搭建的网络模型做最优化处理,最终完成结果收敛.该模型使用Keras框架在GPU上计算,分别进行了环境适应性试验、预处理算法试验和模型对比试验.结果表明:预处理算法保证了模型的收敛,提高了模型对不同场景、不同测试对象识别的鲁棒性;在自建数据集上该模型的平均识别精度达94.3%,比传统LRCN模型高4.7%,且模型收敛的速度更快,泛化能力更强.

关键词：驾驶行为识别高斯混合模型深度学习卷积神经网络 GRU递归网络