网球比赛仿真系统的研究与实现

论文摘要

视景仿真系统目前在我国已经广泛应用于各种研究领域,如军事仿真、城市规划仿真系统、虚拟现实房产推销系统、大型工程漫游系统和模拟训练系统等。但是仿真技术在赛场上的应用还比较少,所以赛场仿真将是基于虚拟现实技术的一个研究热点。本文提出了网球比赛仿真系统的总体框架和设计思想,重点研究了网球比赛仿真系统实现的各个关键技术。其中主要对图像处理、运动目标检测技术、运动目标跟踪技术、比赛过程重现与三维重现等进行了深入的研究和探讨。研究的主要工作如下:首先,通过对图像处理相关技术的研究,运用图像灰度变换、图像增强、图像滤波等技术解决了天气变化、光照变化、运动物体运动造成的运动模糊等对系统的影响。其次,通过对运动目标检测技术的研究,针对几种方法的不足,在背景差分法的基础上对背景图像更新方法进行了改进。该方法能有效地减少外界环境变化对检测效果的影响。此外,根据系统的要求,对运动目标跟踪方法进行了研究和改进,改进的方法将基于特征点与特征轮廓的跟踪方法相结合,可以有效、准确地获得运动目标的运动信息。最后,实现网球比赛实时仿真和三维重现。仿真系统以虚拟现实技术为技术支持,分别研究了网球运动轨迹的设置过程和从360°旋转观察网球的落点,判断网球是否出界,使网球比赛过程三维重现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题意义与背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 相关技术研究现状
• 1.2.3 存在问题
• 1.3 本文的研究内容和所做的工作
• 1.4 论文的结构安排
• 第2章 网球比赛仿真系统结构设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统设计思想
• 2.3 系统组成
• 2.3.1 设备组成
• 2.3.2 功能模块
• 2.4 软件支持
• 2.4.1 建模工具3DS Max
• 2.4.2 漫游工具Vega
• 2.5 本章小结
• 第3章 图像处理相关技术
• 3.1 图像增强
• 3.2 灰度变换
• 3.2.1 直接灰度变换
• 3.2.2 直方图处理
• 3.3 图像滤波
• 3.3.1 中值滤波
• 3.3.2 滑动均值滤波
• 3.3.3 维纳滤波
• 3.3.4 形态学滤波
• 3.4 坐标系变换
• 3.5 本章小结
• 第4章 运动目标检测与分割
• 4.1 运动目标检测的基本方法
• 4.1.1 连续帧间差分法
• 4.1.2 背景差分法
• 4.1.3 光流法
• 4.2 其他方法
• 4.2.1 Kim运动目标检测算法
• 4.2.2 基于正负差图像的运动目标检测算法
• 4.3 阈值分割算法
• 4.3.1 直方图方法
• 4.3.2 最优阈值分割法
• 4.3.3 最大熵阈值分割
• 4.3.4 循环分割法
• 4.3.5 最大类间方差阈值分割
• 4.3.6 均值比例阈值法
• 4.4 背景获取与更新
• 4.4.1 统计平均法
• 4.4.2 IIR滤波器方法
• 4.4.3 自适应背景估计方法
• 4.4.4 双背景模型法
• 4.5 改进的背景差分法
• 4.6 实验分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 运动目标跟踪和三维回放研究
• 5.1 运动目标跟踪问题分类
• 5.2 运动目标跟踪相关算法
• 5.2.1 基于区域的跟踪方法
• 5.2.2 基于特征的跟踪方法
• 5.2.3 基于变形模板的跟踪方法
• 5.2.4 基于模型的跟踪方法
• 5.2.5 基于Hausdorff距离的运动跟踪方法
• 5.3 运动目标跟踪的难点
• 5.4 改进的运动目标跟踪算法
• 5.4.1 灰度质心坐标的计算
• 5.4.2 外接矩形对角线交点计算
• 5.4.3 特征点的标定
• 5.4.4 实验分析
• 5.5 三维重现与回放
• 5.5.1 坐标变换
• 5.5.2 路径设置
• 5.5.3 Vega视点方式
• 5.5.4 实验分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文章和取得的科研成果
• 致谢