静态模拟无人机航拍图像系统Word格式文档下载.docx

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指导教师工作单位三江学院

起讫日期2014年2月24日–2014年5月16日

摘要

静态模拟无人机的航拍图像软件是一个典型的计算机模拟仿真技术的应用。

利用图形分形和计算机模拟仿真的基本原理和操作方法,构造了一个仿真的模拟航拍图系统,其能够有效模拟出类似真实的航拍效果，还可以根据需要来调整分形算法来动态改变航拍图，模拟真实环境无法实现的多变的航拍效果，充分的展现了分形几何在模拟自然景象的优势。

因此,它可以作为模拟作战环境和灾害搜救等航拍图的一种辅助工具。

分形理论与计算机科学理论的结合同时为实现图像数据压缩提供了新的途径。

本文主要研究分形理论中的分形算法，采用分形的方法生成山和云等自然景物。

本软件就是研究图形分形理论结合VB编程技术、配色技术和随机中点位移分形算法来实现精美逼真的静态模拟无人机的航拍图像的生成。

关键词：

模拟仿真；

分形理论；

分形算法

ABSTRACT

StaticsimulationofUnmannedAerialVehicleaerialimagingsoftwareisatypicalapplicationofcomputersimulationtechnology.Thebasicprinciplesandmethodsofoperationusingthegraphicsfractalandcomputersimulation,constructionofasimulationofanalogaerialviewofthesystem,whichcaneffectivelysimulateasimilarrealaerialeffects,canalsobeadjustedfractalalgorithmsneededtodynamicallychangetheaerialview,analogtheeffectofchangingaerialrealenvironmentcannotbeachieved,sufficienttoshowtheadvantagesoffractalgeometryinsimulatingnaturalscene.Therefore,itcanbeusedasanauxiliarytoolforsimulatedcombatenvironmentanddisastersearchandrescueaerialmap.Combinedwithfractaltheoryandtheoreticalcomputerscienceatthesametimetoachievetheimagedatacompressionprovidesanewway.Thispaperstudiesthetheoryoffractalfractalalgorithm,usingfractalmethodforgeneratingmountainsandcloudsandothernaturalfeatures.ThissoftwareisthestudyoffractalgraphicscombinedwithVBprogrammingtechniques,colortechniquesandrandommidpointdisplacementfractalalgorithmstoachievebeautifullyrealisticsimulationofUAVaerialimagesofstaticgeneration.

Keywords:

Simulation;

FractalTheory;

Fractalalgorithm

第一章绪论

1.1论文研究的背景与意义

1.1.1论文研究的背景

随着计算机技术和internet在社会的飞速发展，各种应用软件的广泛使用给各行各业的人们带来了各种便捷和提供了更好的服务，人们也正在越来越多的关注新的计算机技术能够带来的好处。

计算机模拟仿真技术主要是通过计算机相关的技术和其他相关领域的专业知识为基础，来模拟实验人们所需要的信息，从而来帮助人们可以参考对现实世界的问题进行深层次的思考。

计算机模拟仿真技术已经被运用于军事、工程建设、灾难救援、城市规划和游戏制作、面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等方面。

如在核领域，未来的核试验不用核弹而是用计算机仿真模拟来进行。

计算机模拟仿真技术作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法,随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。

近些年来,随着信息处理技术的飞速发展,使仿真技术得到更为广泛的应用和发展。

1.1.2论文研究的意义

在无人机航拍领域方面也有的新的应用，传统的航拍又称空中摄影或航空摄影，是指从空中拍摄地球地貌，获得俯视图，此图即为空照图，航拍的摄像机可以由摄影师控制，也可以自动拍摄或远程控制，同时对航拍的无人机和气候等因素都要求很高。

而现在可以通过计算机模拟仿真技术来模拟无人机的航拍图像则具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势，静态模拟航拍图像可以根据数据采集生成相应的图像，在没用航拍条件的情况下模拟出贴近真实的场景，比如目前人们无法为火星进行航拍，但是德国就通过采集到火星的数据信息，运用模拟航拍技术实现了还原火星真实面貌，比如在军事领域的运用，在虚拟的战场环境中，存在十分复杂的自然景象，如雨、雪、雾、海浪等，这些景象对于虚拟场景的“沉浸感”有很大贡献，在各种自然景象的模拟仿真中，云的可视化是其中具有挑战性的研究之一。

计算机静态模拟无人机航拍图像其核心就是采用分形技术和计算机图形学模拟出符合要求的，逼真的和可用的航拍图像，使得其可以达到替代真实航拍图的使用，同时可以通过改变软件的基本参数实现模拟各种不同的天空和地形场景，来达到合乎条件的图像。

由于其重要性和国内的重视，计算机模拟仿真技术有着广阔的前景，在国内投入了巨大的力量进行研究和开发。

随着时代和国民经济的发展，模拟仿真技术被快速地推广应用到国民经济的各个领域，成为系统工程中的科学方法和有力工具。

1.2论文研究的基本内容及思想

1.2.1航拍图像系统基本内容

航拍图像系统是非常重要的应用，它的目的是通过先进的图形分形技术结合计算机编程技术来解决虚拟环境模拟的问题。

例如地形分析，气象分析等，我们可以根据需要来模拟出自己真正需要的场景，然后在模拟的场景下进行分析或部署，比如在四川地震期间可以通过模拟的航拍图，来进行灾难营救部署或评估灾难损坏道路的状况等。

所谓模拟，就是采用计算机仿真技术来模拟真实的场景的方法。

而静态模拟无人机的航拍图像则主要是采用计算机模拟仿真技术，静态模拟大地、海洋、云朵等的航拍图像。

1.2.2航拍图像系统设计思想

航拍图像系统的核心是分形算法，算法的不同将直接导致模拟的图像的不同。

因此，航拍图像系统主要特征是要选择合适的图形分形算法，这样才能保证模拟出来的图像是贴近真实航拍效果的。

而整个系统的具体设计则主要表现在如何设计好合适的分形算法上，我们才用先建模，然后在讨论采用什么算法，如何着色等，最后选择导师推荐的随机中点位移分形算法和尝试RGB三种颜色的混合。

进一步深入后，才讨论到如何编程实现，以及采用那种语言来开发，考虑到VB拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，程序员可以轻松的使用VB提供的组件快速建立一个应用程序，所以最后选择采用。

所以前期的设计思想是一个主要的工作过程。

综上所述，静态模拟无人机的航拍图像的基本设计思想就是将要模拟的图像建模，例如根据云的物理特性或者通过受控的随机过程来生成云的模型数据包括云的外形，运动和物理属性的生成。

1.3计算机模拟仿真技术的发展与趋势

计算机技术已经经历了多年的发展，已经广泛的应用于国民经济和社会生活中。

现今计算机技术与仿真技术相结合，从而形成了计算机仿真技术这个新的研究方法。

计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、探寻系统动态过程和运动规律的一种很好的手段和方法,随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门崭新的学科。

近年来,随着信息处理技术的飞快发展,也使计算机仿真技术得到迅速发展。

本论文从实践中形象全面地介绍了计算机仿真技术在静态模拟无人机航拍图像的应用，论述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简单介绍了计算机仿真技术在无人机航拍领域的应用。

在这半个多世纪里，仿真技术的发展从简单到复杂、从理论到实践、从辅助学科到解决大型工程问题的重要手段。

仿真技术在计算机相关技术和理论的支持、交叉、融合下，渐渐的形成了一个交叉科学，成为认识客观世界的一种重要的方法。

它是在计算机图形学基础上发展起来的一种模拟仿真应用技术。

据最新的统计表明，计算机模拟仿真技术是当前应用最广泛的实用技术之一，虚拟现实目前是计算机领域非常热门的一个词汇。

计算机视景仿真技术是计算机仿真技术的重要分支，是计算机技术、图形图像处理与生成技术、多媒体技术、显示技术等诸多高新技术的综合运用。

计算机图形学的应用可以说无处不在，计算机动画和科学计算转换为可视化成为计算机图形学最为成功的两个应用领域。

自1984年出现一个以数据库为核心的计算机仿真软件系统，随后又出现采用人工智能技术的仿真软件系统。

这个发展趋势将使仿真软件具有更稳健、更灵活的功能、面向更广泛的用户。

当下比较流行的是虚拟现实仿真软件，比如虚拟现实仿真平台。

第二章航拍图像系统概论

2.1航拍图像系统

2.1.1航拍图像系统简介

航拍图像系统主要是运用了计算机分形算法进行数学建模，然后通过分形图形学和配色技术，通过编程掌握程序设计的方法和技巧。

使用原理是用计算机完成真实感对象的图形必须完成基三个本任务：

A）用数学方法建立所需的二维场景几何描述。

B）建立数学模型参考，手绘地形并参考随机中点位移分形算法。

C）计算航拍地形图根据地形高度递增来设置合理的颜色模拟真实环境下的航拍地形图，具体颜色的取值参考了我国国家地图的颜色标准。

分形用于气象卫星云图特征和数据压缩研究云系的形状，其中的云的形状就是可以应用到本项目中用于模拟云。

通过用分形理论研究事物表面的形态,比如地形、海洋、云、火焰地貌等形态,以及研究它们发展和分布的自然规律等,形成新的学科：

分形地貌学,它可以逼真地模拟各种各样的自然界的景象,例如山地起伏以及海岸线、河流等自然界现象。

这个可以用来模拟无人机拍摄的陆地、天空、海洋的景观。

2.1.2航拍图像系统概念

所谓计算机模拟仿真，就是将所研究的对象用计算机仿真技术手段加以模仿的一种活动。

而航拍图像系统，可以理解为使用图形分形技术模拟的图像，其本质是通过分形算法来模拟特定的场景下的航拍图像，目的是可以达到逼真的效果。

也就是说，静态模拟无人机的航拍图像系统是一种具有模拟无人机航拍效果图像的计算机系统，它利用编写在其内部的随机分形算法来实现模拟出不同的变换的航拍图像。

虽然静态模拟无人机的航拍图像系统也是一种及其智能化的计算机程序，但是它不同于传统的几何图形程序，其根本区别在于静态模拟无人机的航拍图像系统将分形作为几何对象，首先是破