中文摘要：

针对国防军事等领域的迫切需要,围绕超大规模分布式虚拟现实的关键技术和系统进行攻关。在关键技术上有突破，在系统集成上有创新，在应用推广上有特色。针对复杂场景对象，研究了基于图像的快速重建、基于特征的网格几何优化处理以及流式传输等技术；在场景构建上，研究了城市规模场景的自动构建等技术；在复杂场景绘制上，研究了GB级复杂场景的GPU加速绘制技术，研究了基于网络的海量多维可视化数据的快速绘制技术；在海量数据的服务器调度分发上，研究了TB级场景数据的处理、组织和高效分发等关键技术；在大规模协同交互技术上，研究了支持上万用户高并发协同交互等关键技术；在智能交互上，研究了基于用户交互行为特征的智能交互方法。研究成果被同行引用次数373次，发表论文104篇。负责研制的超大规模分布式虚拟现实综合集成支撑平台在军事国防，数字海洋和数字博物馆等领域得到近200家的推广应用，打破了国外的技术封锁和系统出口禁运。

结论摘要：

虚拟仿真技术是虚拟现实领域中的核心研究课题，也是信息技术行业的重要研究方向。在分布式虚拟现实技术领域中，虚拟仿真技术是利用系统模型对实际或者设想的系统进行试验研究的一门综合性技术，一直受到工程设计、重大工程建设、应急管理和国家安全等重要应用领域的广泛关注，美国国防部将建模和仿真技术列为21世纪保证美军优势地位的七大关键技术之一。快速而准确的仿真模拟对于重大事件的战略决策具有重要作用。其中的难点问题和核心问题就是使得虚拟场景中发生的事件模拟过程符合实际事件变化发展规律，同时需要满足事件演化模拟的实时性要求。因此本项目的研究重点是构建虚拟场景及其仿真模型并且采用快速计算方法进行可视化的交互显示。针对流固耦合数值模拟难题，提出了一种基于SPH交错粒子方法的流固耦合计算方法，解决了SPH方法对变量的梯度的近似可能会不准确问题。实现了不可压缩流体密度误差的可控性，使得局部泊松方法具备良好的收敛性能，效率远优于传统的WCSPH方法。针对流体的细流和薄片特征分辨率的限制以及数值误差和不稳定性影响等难题，提出了一种在SPH方法中合理控制流体特征的方法，显著提高了流体仿真的计算效率，同时也增强了流体的几何特征。针对刚体碰撞的实时性要求，实现了一个基于快速刚体碰撞算法，建立了凸二次优化（convex QP）的SE(3)空间下非光滑动力学模型，验证了基于QP的接触模型的可行性，稳定性，刚体碰撞算法效率得到显著提高。提出了一种新的快速求解多体接触的摩擦力的方法。算法更加稳定和快速，而且适用于处理各种复杂条件下的多体接触问题。针对物理形变编辑困难问题，提出了一种基于样例几何形状被仿真物体之间的拉普拉斯-贝特拉米函数空间投影映射方法，保持两者之间的形状编辑相似性。 研制了一个外形设计与仿真迭代一体化系统PUM，达到了设计与仿真的真正一体化。系统在广西柳汽、长安汽车等多个汽车公司进行了验证试用。目前国际上真正做到类似的设计仿真迭代一体化的系统没能查到。在研制超大规模分布式虚拟仿真支撑平台ViWo的基础上，研制了一个物理仿真引擎Physika，具有现有工程仿真引擎中核心的仿真模块，包括流固耦合、刚体碰撞、碎裂、形变等模块，可用于工程仿真和游戏动画中。发表论文29篇，其中包括ACM TOG、CAD等SCI期刊11篇，申请和授权国家发明专利10项。