高新科技

奥可视计算技术-计算机仿真虚拟现实技术研发中心

一、可视计算技术-大规模数据计算器仿真及虚拟现实数字动漫技术

      计算机仿真技术由于能够提供一个在可控条件下对客观对象进行模拟的“ 虚拟实验室”,并具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势,被认为是继理 论研究和实验研究之后的第三种认识世界和改造世界的重要手段。美国将仿真技术定位为“国家重要战略技术”和“服务于国家利益的关键技术”。

      可视计算技术主要包括计算器仿真及虚拟现实技术、大规模复杂数据的可视互动分析 技术、大规模复杂数据的计算器可视图形显示技术及图形数据的自动处理和阐释技 术。可视计算技术是利用计算器软件算法及软硬件的优化组合(即使用最先进的计算机图形技术和设备)以达到使离散数据生成有说服力的图像和显示。其重点是通过实时显示、提供人机互动的可能性、高显示质量和精度以及说明问题的分析结果,将这些数据可视化并给使用者提供最优的数据结论和直观使用途径,以达到最大限度的柔性 使用和探索分析数据。计算器仿真技术是一门多学科的综合性技术,它以控制论、系 统论、相似原理和信息技术为基础,以计算机和专用设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。信息处理技术和网络技术的发展,实际上已经完全改变了仿真的概念。将先进的计算器仿真技术与网络技术相结合,由真实装备和计算 机仿真系统综合组成仿真环境,用计算机网络把新设备系统和分散在不同地点的研制者、用户联系在一起,让用户在仿真环境中提前“使用”正在研制的设备系统,让研制者能提前了解设备的使用情况。仿真技术的应用带来了巨大的社会经济效益。现代仿真技术不仅应用于传统的工程领域,而且日益广泛地应用于航空、航天、汽车制造、 机械制造、国防军事、电力、医疗卫生、生物医学、文化娱乐、文物保护、化工、农 业、水利,城市规划建设、铁路公路建设、环境保护、自然灾害预警及施救决策、社会、经济、交通控制、资源利用、生产管理、市场预测、世界经济的分析和预测、人口控制等领域。对于社会经济等系统,很难在真实的系统上进行实验。因此,利用计 算机仿真技术来研究这些系统就具有更为重要的意义。虚拟现实仿真技术就是在三维 坐标的基础上增加人机实时互动从而产生多维动态空间效果,并以仿真动漫的虚拟现实形态展示给世人。

二、 奥地利可视计算技术-计算器仿真及虚拟现实技术研究中心

      (奥VRVIS高新技术研发中心)简介

      奥地利VRVIS可视计算技术-计算器仿真及虚拟现实技术研究中心是国际知名的、奥地 利可视计算技术应用研究领域领军的科研开发机构,由维也纳技术大学和奥国家科学院共建,是欧洲计算器图形领域最大的研发机构之一。它是奥地利国家科技部、经济 部科研基金支持的国家级高科技高新技术研发中心,是奥地利联邦和维也纳政府的科 研合作伙伴,是奥地利为提高本国的改革创新能力和国际竞争力而设立的连接科研和工业产业之间的桥梁。主要的合作伙伴是维也纳技术大学计算机图形和算法研究所及 格拉茨技术大学机器可视和显示技术研究所以及这两所大学的相关专业院所。

      该研究中心目前在维也纳科技大楼拥有近70名资深科研人员和9名行政管理人员。其CEO为Georg Stonawski吉奥克-斯通纳夫斯基。VRVIS自成立至今已培养了17位博士研究生和75位硕士研究生,在国际专业杂志和国际会议上发表重要论文360余篇。每年同40多家企业合作伙伴及多个大学院所和科研机构完成30多个科研合作项目。 VRVIS的优异的科研质量、科研工作的国际水平和地位是通过大量的发表在最重要的国际会议和刊物如Siggraph、IEEE Visulization、Eurographics 等上的学术论文和同国际上重要的科研机构的紧密合作来实现和保证的。 该中心于 2000 年设立,至今已完成了大量的工业企业和科研机构等合作伙伴及客户的科研项目、课题和产品开发。与奥地利 及世界上数十家著名科研机构和企业有着密切的合作关系,研发的应用软件在世界十 分权威,并服务于许多高科技机构。由于其特殊的业绩和研发能力其合作伙伴及客户均为世界和奥地利知名企业和著名科研机构,如 Microsoft,AVL李斯特汽车发动机研究所,哈佛大学,弗基尼亚技术大学,维也纳技术大学,德国弗朗霍夫计算机图形数据处理技术研究所,苏黎世高工,马德堡大学,挪威伯根大学,罗斯托克大学,格拉茨技术大学,维也纳医科大学,AGFA,奥国家科技研究所,JOANNEUM 科研所,路德维希-波兹曼城市科学研究所,维也纳电讯技术研究中心 FTW,奥地利铸造科学研究所,Kapsch,Frequentis,FAS,Abis,BDM,Eydolon, GEOCONSULT WIEN,GEODATA, ICE,IQ Soft,Gersthofer,奥地利国家艺术史博物馆,奥科研检测中心,SimVis,斯特凡大教堂,HOL,Hefel,Imagination,Zumtobel,NVIDIA,Metomedia,ÖBB 奥联邦铁路和ASFINAG 奥联邦公路管理局等等。

      VRVIS 的 Know How 参与到微软的 Virtual Earth中及其它医学、生物技术等领域。 同哈佛大学合作正在进行大脑神经智能系统领域开展合作寻找大规模数据处理的最佳方 法。在 ICT 信息及其交流技术科研领域世界领先。VRVIS研究中心进行的科学可视计算 技术可用于从不同数据来源的科学数据、医学数据、普通抽象信息、知识等,对其进行信息交换、交流、沟通和分析,其重点是科学可视计算技术,当然也包括传统的流 体仿真, 医用可视仿真及实体模型可视。该领域两个最基本的科研挑战是:大规模数据(从Terabytes到Petabytes)的实时处理和应用。除受奥高新技术国家项目基金支持外,还同时得到奥国其它项目基金的支持,如:FFG (FIT-IT,KIRAS,技术革新支票 等), FWF,WWTF,ZIT 等国家级的科研基金及国际项目基金 EU-FP7等的支持。

      1、经济脉搏上的科研 对于VRVIS来说,进行应用研究将科研成果开发、应用和转接到经济产业,不是口号、目标而是日常行动和工作。除其坚实的基础科研外,VRVIS将自身定位于科研同工业及社会应用领域的桥梁,为许多任务业合作伙伴完成了大量的应用科研工作和共同进行新 产品研发。VRVIS的主要工作就是将可视计算技术科学进行社会及工业化应用的研究,是科研和工业生产之间的纽带,通过VRVIS这一环节可将基础科学研究的成果迅速高效地转化应用到工业生产当中。其日益扩大的客户和合作伙伴网络遍及全球从微软到奥AVL李斯特汽车发动机研究所。其研发工作及产品如用于微软的 Microsoft Virtual Earth 3D模型中,同样也在医学和技术领域完成了大量的基础和应用可视计算技术的产品研发。VRVIS技术用于PRoVisG欧洲火星探测技术,用于火星表面重构技术。大规模数据处理可视计算技术可将每一数据丛林转变为直观可掌握的图像信息。其应用领域涵盖 建筑设计、安全技术直至神经科学。奥地利在这一支撑未来的研究领域处于领先地位。在工程领域,隧道的建造是最大的挑战,反映隧道管道实时状况的虚拟图形对技术人员来说最具有意义。危机灾难状况虚拟现实安全系统,用于防恐安全人员的模拟 培训及反恐组织演练及决策。

      2、在ICT信息交换技术领域世界领先、著名VRVIS自成立起一直致力于领跑国际科研前沿,并取得显着成绩受到国际同行认可、赞誉,在ICT信息及其交流技术科研领域世界领先。

      由于信息技术的发展和社会需求,可视计算技术(包括计算器3维仿真及虚拟现实技术、大规模复杂数据的可视互动分析技术、大规模复杂数据的计算器互动实时可视图形显示技术及图形数据的自动处理和阐释技术)已成为经济和社会的最关键技术之一。越来越大数据量的有序管理和使用及真实物体的数字克隆使高效信息交流成为可能,同时开创了一个全新的科研领域、生产方法和工作方式,这些在数年前是无法想象的。

      3、研究方向和应用领域

      科学研究:VRVIS主要研究工作之一是基础技术科学研究,通过同大学及科研伙伴的在基础科学技术领域的合作研究,使VRVIS始终活跃在同行业世界科研前沿。大量的在最重要的国际会议上获得的表彰和论文出版物证明了 VRVIS 科研工作的国际最高水平。年轻的科研人员在 VRVIS攻读、完成他们的硕士和博士论文工作并取得初步的科研成果。基础技术科学的研究成果是工业应用科研项目的基础。

      工业应用科研:除基础技术科研外,具有明确的工业应用目标的工业应用科研是其科研工作的第二个重要支柱。训练有素的 VRVIS 科研人员针对每一工业合作伙伴的课题项目对症下药,从而成为大学研究机构和工业企业之间的最佳桥梁和沟通者。根据工业企业合作伙伴的需要VRVIS提供从科研产品样件到直接植入企业应用软件中软件平台等非常宽阔的研发项目可能性。

      VRVIS 的科研工作主要集中于可视计算技术科学领域。其主要是通过研究计算机软件算法及计算机软硬件的最优组合将抽象数据转变成最有说服力(意义)的图形,数据来源不是研究重点。VRVIS 的科研项目的数据主要来自于汽车发动机的模拟仿真、医用计算机断层扫描和核磁共振、航空摄影、激光扫描、金融市场数据和石油勘探数据等。 对其科研来说最关键的是将这些数据转变成对其使用者有最佳使用效果的图形表达形 式。其中的重点是图形的实时显示、实时互动(虚拟现实)的可能性、图形图像的质量和精确度以及大规模数据的有意义可视分析。

      4、科研课题内容

      1)计算器三维立体模型仿真及虚拟现实技术这一研究的目的就是建立真实物体的三维立体仿真图形。

      计算器三维立体模拟仿真及虚拟现实技术是对真实世界物体仿真图形的研究。 通常,着重强调现实表现或互动的图形表述的算法。由此可见它同可视化研究图形显示技术的差别,后者主要集中研究抽象的或经过编辑的数据的图形表示形式,重点是研究不能直接观察到的情况的阐释表述。计算器三维立体模拟仿真的例子是虚拟样机样品、 建筑规划和结构重建等。VRVis在计算器三维立体模拟仿真技术领域的研究解决了许多当今该领域技术研究的挑战性科研课题:

      数据采集-利用激光扫描或摄影测量重建的方法对于大面积场地进行高分辨率的数据采集成为可能。VRVis对此类数据采集过程及其相关的挑战内容具有丰富的经验,如包括错误检测、 部分采集数据的组合、数据分类和简化等。

      可扩展性-对现代计算器三维立体模型仿真系统的期待愈来愈高,期望他们可以轻松地显示非常大的场景。这些模型常常占有数百兆字节的存储空间,从而需要先进的资源管理和高效率的算法。 VRVis研发的渲染系统可以演示极大的仿真模型-如整个具有细致纹理地貌可实时显示的纽约市。

      语义-除了"按原样"模型的简单表述外,人们还要加入语义信息来标识或突出显示特定部分。语义信息的使用是VRVis渲染系统的一个集成在内的组成部分。在设计和开发的过程中一直特别关注其对新的应用程序和特定需求的适应性。

      互动-许多应用程序显示的不只是一个静态的场景,而是需要使用不同类型的交互互动。为了能够直接比较设计方案,其可通过简单切换各种方案(场景)实现,并可延伸至直接同模型本身交互作用 ,例如,研究对象的重新定位或几何形状和表面参数的修改。基于非常柔性灵活的数据结构,VRVis 渲染系统能够满足这些要求,而不影响其系统功能。

      2)可视化-大规模复杂数据的计算器实时互动图形显示(可视化)技术是研究复杂数据有说服力表述的显示可能性。 可视化是可以使人们通过可视视图洞察高度复杂数据的科学。在这里,通过人类视觉器官的高传输速度来有效地进行信息交流。重点是交互式可视化,其利用最先进的计算机图形硬件来实时生成图像。这为用户提供了最大的灵活性和数据勘探的各种方法。可视化被用来从各种数据源及类型,如科学数据、医学医疗记录或一般抽象的信息获取知识并予以沟通。在所列区域中,VRVis 重点研究科学可视化,包括传统的领域,如流动可视化,医学可视化和三维立体可视化。

      可视化研究两个最基本的挑战是由最现代的数据采集技术(如计算机体层摄影,电子显微镜)或模拟仿真 (例如计算流体动力学) 生成的 巨量数据以及用户能如何有效地 继续使用这些复杂数据的方式方法。因此,VRVis 研究如何可以通过可扩展性和语义的解决方案来改进可视化适用性的方法,。这些解决方案使大规模数据 的可扩展性成为可能(从 tb 级到 pb 级)且允许用户能同时在他们的术语和域(例如流模拟、 医药、或神经生物学)工作。

      VRVis在上述领域的领先研究使这些技术得以大量用于自然科学和工程学科如医学、 生物学、 地理学、 地震学、 气象、 无损检测、 材料科学、 发动机研发和更多的应用领域。

      3)可视分析-利用大规模复杂数据的图形显示技术完成的可视互动数据分析技术可视分析技术是将可视化技术与其它方法相结合来达到数据可视分析的目的。

      可视分析的概念是指那些通过交互可视化界面进行分析推理的科学领域。该领域基于交互式可视化,但远不止这些内容。这是可视化、 (半)自动数据分析技术和人为因素一起相互结合的综合方法。可视化分析技术面对现代信息社会最重要的挑战之一: 即如何有效地利用现代计算机系统收集的数量庞大的数据,并从中获得有用的信息。可视化分析是一种使能技术可在几乎所有的科研和市场领域应用。

      VRVis 是世界上最早将交互式可视分析技术用于工程科学领域中的科研院所之一。现代的工程工作没有模拟仿真是难以想象的。由现代仿真工具所产生的数据量用传统的方 法已无法有效进行数据处理和评估。因此,工程师和科学家们需要新的工具,以应对不断增加的数据的复杂性和数量。交互式可视化分析可以帮助他们更好地了解复杂系统和物理过程。所以可以开发效率更高的机器和引擎和更多地了解自然过程。

      VRVis可视分析研究领域同时运行多个项目,它们涵盖从基础研究到工业应用各个方面。VRVis也是欧盟第七框架计划内VisMaster协调行动的一部分。来自多个工业行业的众多应用程序合作伙伴和许多可视分析不同部分领域的研究者使 VRVis 成为这一领域 研究的最佳合作伙伴。VRVis 将来在扩展应用领域的的同时,其研究重点仍将集中在工程应用领域。

      4)计算机视觉图像处理技术-利用计算机算法技术对图形数据的自动数据处理和阐释技术

      计算机视觉图像处理技术是利用计算机算法对图形数据进行数据分析、编辑和自动解释、处理和评估的技术。基于计算机视觉图像处理技术与所有计算机图形学领域技术的共同深入发展,从2005年左右起 VRVis 也开始在这一领域建立智库开展研究并根据需要进行工业项目的实施。当前的应用领域是医学图像数据和城市模型图像数据,在这里图形分割和重建的方法发挥着重要作用。

      摄影测量的图形结构重建

      如果用照相机拍摄照片,三维场景的深度信息就会丢失。摄影测量技术从事的是从一个或多个二维图像还原其三维信息。根据精度要求这些图像可以用不同的照相设备拍摄。照相器材可以是手机照像机到专业校准的顶级照相设备。重建的 3D 信息可用于各种应用领域: 创建网上拍卖、建筑设计或考古结构重建用的虚拟物品对象等。利用这一技术可以创建甚至整个虚拟城市,以备为城市规划、制作电影或电脑游戏之用。

      此外计算机视觉图像处理技术还可用来,从3D 数据中提取语义信息。利用这一技术可以不仅提供一个城市内的各种尺寸测量,而且还可以确定一栋房子有多少窗户和多少门,饮水龙头在哪里以及沿着一条路有多少棵树木。

      实时传感数码相机已经非常便宜,足以包含在几乎所有的电子玩具中,它们可以是信息的一个低成本来源。通常,此数据仅为人眼纳入为使图像和视频剪辑从一个人传到另一人使之共享。数码相机也可以用于进行不同的测量。因此,传感器可用于确定两个行驶车或一辆车与路之间的距离是否太近。在物流领域,他们可以扫描代码,并确定包裹的存储库位置。在电脑游戏中,它可确定玩家的动作以便与虚拟世界进行交互作用。以上所有应用需要快速、 高效地进行分析的数字图像传输(视频剪辑)。由此产生的信息允许计算机支持和保护我们人类,特别是在需要在瞬息万变的环境中迅速行动的情 况。

      医学图像分析近几十年来由医生、生物医学研究人员、日常的医院临床工作以及为研究目的获得的图形数据的数量和大小一直不断上升。这些往往多层面和高分辨率的图像包含大批大量的需要提取和分析的详细信息。研究这些非常耗时任务的自动化和加速处理是这一科研领域的目的,如数字图像处理、 对象分割、 量化和测定以及计算机辅助诊断等。 计算机视觉图像处理技术可帮助医生根据心脏病发作后的图像在数秒钟内确定导致的心脏损伤,发现恶性乳腺肿瘤细胞和标记及量化高清晰度显微图像中的生物结构。

      5、研发技术咨询

      缘于 VRVIS 的良好国际合作关系网络和其在可视计算技术领域发表的大量的研究成果和学术论文,使 VRVIS 可迅速解答咨询关于该领域技术发展现状、提供成功解决客户问题的方案及可能性,并有能力尽速得以完成实施。

      6、工业应用领域可视计算技术是一门交叉科学技术,它不是固定为某一工业领域的科研服务的,而是可为众多的需用计算机图形技术作为工具的领域和市场提供解决问题的手段。如下所列应用领域是可视计算技术研究和工业领域结合的一些例子,当然它还可应用在众多其它领域并取得重要成果:

      汽车制造业:

      用于汽车零部件和材料的无损探伤检测的三维可视技术,汽车发动机仿真数据的互动可视分析技术,各种微粒子的流体可视技术, 汽车内装饰三维仿真视技术等。

      基础设施建设、管理、维护:

      根据图片和激光扫描数据对物体进行立体三维重构(恢复原貌),具有相同数据特征的空间物体的有机联接, 如参观人流、可视性分析等, 大型城市、设施的可视仿真技术,如城市,高速公路路段,铁路路段,复杂建筑等, 覆盖和照明效果的仿真可视技术。

      医学和生物技术:

      医学数据的三维可视技术, 三维人体解剖分析 ,重要手术的三维虚拟现实的操作计划和培训等。

       文化遗产和创造性工业 :

      文化遗产古迹再现、演示技术,数字动画动漫技术,历史文物的立体三维再现和重构(恢复原貌)等。

      其它应用领域如机场管理、能源、交通、消防、安全科研等方面。

      VRVis研究中心已授权旅奥华人司良信博士及刘中一先生作为大中国地区的 全权代表(大中国地区包括中国大陆、香港、台湾、澳门),全权开拓大中国地区的业务。

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