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虚拟现实与可视化技术研究所


  北京师范大学虚拟现实与可视化技术研究所,成立于2005年,研究所主要研究方向为虚拟现实理论和可视化技术。研究所现有人员包括专职、兼职教授8位,副教授7位,海外归来学者6位,讲师、博士后和工程研究人员20余人,在读博士生12余人、硕士60余人,组成了结构合理的领域专业研究团队。

  团队科研人员在文化遗产数字化保护、三维医学与模型检索、颅面形态信息学与颅面复原、虚拟现实理论及工程学方法四个方面的应用研究中,取得了一系列与国际、国内研究同步,又有广阔市场前景的科研成果,并致力于将这些成果推广应用,创造了一定的社会效益和经济效益。研究所今后将继续在相关研究领域积极开展工作,进一步加强与国内外的交流与合作,与该领域各研究机构共同推动国内相关研究领域的发展。

  经过多年发展与建设,于2007年9月获批准成立教育部虚拟现实应用工程研究中心。文化遗产数字化保护方向研究团队,于2011年申报获批文化遗产数字化保护与虚拟现实北京市重点实验室。研究所积极开展国际交流与合作,与法国、美国、澳大利亚、英国、德国、奥地利等国家的国际同行建立了良好的长期合作关系。实验室工作得到了戴汝为院士、潘云鹤院士、汪成为院士、孙家广院士、倪光南院士的亲切关怀和指导。  

研究所科研条件  

  目前实验设备已经配备了先进的虚拟现实展示、计算、存储、交互设备和测试仪器,包括:大型多通道虚拟现实演播室(包括SunGraph同步虚拟现实工作站,SunGraph Dual虚拟三维立体投影系统,视频分配器,平面投影幕,6DOF交互系统,VRP虚拟现实软件平台),FASTSCAN Cobra手持激光扫描仪,柯尼卡美能达公司Vivid 910三维激光扫描仪,DELL  Precision 7500 高性能图形共同工作站,HP workstation XW6200高性能图形工作站,PowerEdge 2900多终端服务器,HP NAS网络存储,多触点桌面系统,立体显示器,虚拟现实交互设备,戴尔高档PC等多台套设备。

研究所主要研究方向  

虚拟现实理论及工程学方法  

  本研究方向从虚拟现实理论方法、虚拟现实的工程应用理论两个角度开展工作。着眼于三维模型技术在医学、考古、刑侦、数字娱乐、自然场景保护、教育及科学普及等科技应用,针对于虚拟现实技术中涉及的三维模型智能处理技术、三维模型检索及虚拟场景快速构建、真实场景的模拟等主要问题,提出一整套科学可行的解决方案。针对虚拟现实技术发展现状,集成VR基础理论、关键方法研究方面积累的大量成果,迫切需要做的是技术的工程化理论体系的完善,以及利用工程化思想指导下的应用推广。针对这一需求,提出虚拟现实工程学思想,研究解决的关键科学问题包括:按照工程学以及软件学理论思想组织虚拟现实技术的理论体系;以及利用虚拟现实工程学思想理论指导虚拟现实技术应用的快速有效开发。虚拟现实工程学方法是对已有基本方法,基本理论进行体系化,理论化,指导虚拟现实应用的进一步发展。  

文化遗产数字化保护

  本方向主要研究内容包括:文化遗产数字化,研究针对文化遗产特殊性的软硬件数字化新技术;研究古都北京文化遗产虚拟现实方法,北京特色的虚拟胡同;文物虚拟修复,研究污损书画、带形变青铜器虚拟修复,破损文物虚拟拼接技术;古人面貌重构研究,根据颅面形态学规律对给定颅骨的未知面貌进行预测,再现历史名人面貌;大遗址的数字化虚拟保护,研究大遗址场景保护方法,设计支持北京古遗址信息获取处理的新模式方法;虚拟数字博物馆,针对北京文博事业,以虚拟现实为手段,建立时空多维、人机和谐的新型文博数字化平台。

三维医学与心脑血管可视化

  心脑血管疾病是严重威胁人类健康的常见疾病,主要是由血管狭窄、动脉瘤和动静脉畸形引起,该病居各种死亡病因之首。当前,磁共振血管造影术(magnetic resonance angiograph, MRA)和CT血管造影术(computed tomographic angiography, CTA)是该类疾病诊断的常用手段。心脑血管三维可视化在辅助诊疗中有着广泛的应用,如组织的定量分析、计算机辅助诊断、病灶定位、解剖结构研究及计算机引导手术等。心脑血管相比其他血管,有其自身特点,如形状的复杂性和可变性,灰度的动态变化性,部分血管结构的细小性,以及血管信号受血液动力学的影响等,致使对其分割、重建、绘制及疾病辅助检测困难。

颅面形态信息学与颅面复原

  颅骨对人的五官以及面部软组织形态、位置和结构起着很明显的制约作用,人体面部的形态特征基本上由颅骨的形态特征所决定。颅面形态学和颅面重构研究是寻求颅骨这一具有复杂形态的三维生物体与其面貌形态间的内在关系,并利用这种内在关系对给定颅骨的未知面貌进行科学预测绘制。研究内容包括:颅面数据的获取与建库、颅面建模表示、颅面形态学模型、真实感面貌处理、身份认证、颅面重构系统构建等。该研究组研究涵盖了计算机视觉、计算机图形学、模式识别与机器学习等研究方向,可应用于公安刑侦、考古人类学,颚面医学、动漫制作等领域。

研究所部分科研成果

承担科研项目情况:

  研究所研究人员近年来,主持国家高技术研究发展计划(863计划)目标导向项目、“十二五”国家预研课题、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划项目、国家科技基础条件平台项目、北京自然科学基金重点项目等省部级以上研究课题20余项,主要包括“颅面形态学和颅面复原研究”、“三维模型智能处理与检索平台”、“虚拟环境中脑血管可视化导航和监测技术”等。文化遗产数字化保护与虚拟现实领域形成了独具特色的新型研究方向,取得了一系列的研究成果。

获得奖励情况:

  (1)〈文物虚拟修复和数字化保护技术的研究与应用〉,2009国家科技进步二等奖。

  (2)《三维刚体破损复原研究及其在文物虚拟修复中应用》2007年教育部科技进步二等奖。

科研成果情况:

建立了包含680套中国人完整颅面数据的数据库,建立了颅面形态学知识分析模型和颅面统计变形模型,构建了颅面重构平台。

建立三维模型数据库收集整理共十万余个模型,分为25个一级类,409个二级类。模型均按照功能、应用进行了语义标注,赋予特定的物理属性。

  已在国际国内高水平期刊或国际会议上发表了大量高水平论文,如Machine vision and Application, Pattern recognition letters, 软件学报,计算机辅助设计与图形学学报等,申请了5项国家专利、软件著作权近10项。

 

欢迎访问虚拟现实与可视化技术研究所主页:http://vrvt.bnu.edu.cn