利用全息光學元件實現(xiàn)3D全彩色增強現(xiàn)實

1、利用全息光學元件實現(xiàn)3D全彩色增強現(xiàn)實題目： 利用全息光學元件實現(xiàn)3D 全彩色增強現(xiàn)實 姓 名 馬福強 學 號 2120140551 學 院 光電學院 導 師 藍天 聯(lián)系方式郵 箱 qingmu1mfz2014 年 12 月 12 日目錄1、引言32、增強現(xiàn)實技術和全息技術32.1、增強現(xiàn)實的歷史與概述322、全息技術的發(fā)展概述全息光學元件介紹43、增強現(xiàn)實系統(tǒng)簡介53.1、增強現(xiàn)實系統(tǒng)的構成532、增強現(xiàn)實系統(tǒng)的關鍵技術及關鍵設備簡介64、基于全息光學元件的增強現(xiàn)實系統(tǒng)實現(xiàn)741、基于全息光學元件的3D全彩色增強現(xiàn)實原理74.2、基于透鏡陣列式全息光學元件的3D全彩

2、色增強現(xiàn)實實驗84.2.1、記錄和再現(xiàn)過程分析84.2.2、衍射效率的測量94.2.3、虛擬信息的再現(xiàn)104.2.4、實驗結果與結論115、結論126、我的工作126.1、攝像機標定原理136.2、基于OpenCV的攝像機標定算法及標定結果13參考文獻151、引言增強現(xiàn)實(Augmented Reality, AR)技術的目標是將計算機生成的文本信息、圖像、虛擬3D模型、視頻或場景等實時準確的疊加到使用者所感知的真實場景上，實現(xiàn)虛擬場景和真實場景的有機融合。增強現(xiàn)實是在虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality, VR）的基礎上發(fā)展起來的，AR是VR的技術延伸，同時兩者又有著明顯的界線與區(qū)別。V

3、R是將計算機圖形學、計算機仿真技術、人機交互技術、傳感技術、人工智能、多媒體技術等綜合集成，產(chǎn)生逼真的視、聽、觸覺一體化的特定范圍的三維虛擬環(huán)境，使用者可以自然地和虛擬環(huán)境中的客體進行交互，相互影響。與VR所要達到的完全沉浸在虛擬環(huán)境中的效果不同的是，AR的目標是將計算機生成的文本信息、圖像、虛擬3D模型、視頻或場景等實時準確的疊加到使用者所感知的真實景物上，實現(xiàn)虛擬場景和真實場景的有機融合。因此AR是虛擬環(huán)境與真實場景之間的一座橋梁，實現(xiàn)了對現(xiàn)實世界信息的增強，提高使用者對真實世界的感知能力。近年來，隨著計算機性能的提高、機器視覺和顯示技術的發(fā)展，AR技術逐漸成為了國內(nèi)外廣大學者們研究的熱點

4、。2、增強現(xiàn)實技術和全息技術2.1、增強現(xiàn)實的歷史與概述增強現(xiàn)實技術主要是將計算機生成的文本信息、圖像、虛擬3D模型、視頻或場景等虛擬信息實時準確的疊加到真實場景上，實現(xiàn)虛擬場景和真實場景的有機融合。盡管虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展較早，但直到20世紀90年代初期，波音公司的Tom Caudell和他的同事在飛機鋪線工作中將材料的虛擬信息添加到工作人員的頭盔顯示器中幫助工作人員工作，才在真正意義上實現(xiàn)了將計算機產(chǎn)生的虛擬信息疊加到真實環(huán)境中,并第一次提出了“增強現(xiàn)實”（Augmented Reality）的概念。此后增強現(xiàn)實系統(tǒng)則遍地開花，陸續(xù)出現(xiàn)在了各行各業(yè)，例如齊妮爾（Kirner）、克勞迪奧（Cla

5、udio）等學者運用增強現(xiàn)實技術，改善了網(wǎng)絡環(huán)境中人際交流的方式；蘭姆（Lam）、阿爾伯特（Albert H.T）等人結合真實世界的游戲與電腦游戲的優(yōu)點，開發(fā)出一款名為“增強現(xiàn)實桌”（Augmented Reality Table）的游戲，它利用頭盔式攝像機來感知紙牌的輸入和真人玩家的命令操作，通過交互式的游戲環(huán)境使真人玩家與3D模型玩家進行互動，從而產(chǎn)生更有吸引力的用戶體驗；2012年4月4日，美國著名互聯(lián)網(wǎng)巨頭谷歌公布的“Project Glass”的電子眼鏡產(chǎn)品計劃，即谷歌眼鏡(如圖1所示)，這款增強現(xiàn)實產(chǎn)品具有智能手機所能提供的各類服務，鏡片具有微型顯示屏的功能，其可將信息傳送至鏡片，

6、并允許課穿戴用戶通過聲音控制收發(fā)信息。圖1-1 谷歌眼鏡22、全息技術的發(fā)展概述全息光學元件介紹早在 1948 年，為了提高電子顯微鏡的分辨本領，英籍匈牙利物理學家D. Gabor提出了全息原理，并開始了全息照相的研究工作。但由于汞燈光源的相干性較差，使全息圖的質(zhì)量受到很大的影響。這方面的工作直到 1960 年激光發(fā)明后才有突破性的進展。根據(jù)全息學的基本原理，全息技術可分為記錄和再現(xiàn)兩個相對獨立的環(huán)節(jié)(圖 1-1 所示為一般光學全息的記錄和再現(xiàn)過程示意圖)。其第一步是利用干涉原理記錄物體光波信息，參考光束和物光束疊加產(chǎn)生干涉，把物體光波上各點的位相和振幅轉換成在空間上變化的強度，利用干涉條紋間

7、的反差和間隔將物體光波的全部信息記錄在全息介質(zhì)上；其第二步是利用衍射原理再現(xiàn)物體光波信息，用記錄時用的參考光照射全息介質(zhì)，由于全息介質(zhì)記錄了物體上各點的光信息，故原則上它的每一部分都能通過衍射光波再現(xiàn)原物的整個圖像。并且再現(xiàn)的圖像立體感強，具有真實的視覺效應。圖1-2 光學全息的記錄過程(a)和再現(xiàn)過程(b)從發(fā)展過程來看，全息技術經(jīng)過汞燈光源的同軸全息、激光光源的離軸全息和激光記錄白光再現(xiàn)的全息技術三代的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展的相當成熟，并向著全息術的最后一個目標亦即終極目標：白光記錄白光再現(xiàn)發(fā)展。而全息光學元件是用全息學的方法在記錄材料薄膜上記錄點光源的干涉條紋,再經(jīng)過處理制成光柵條紋結構的薄膜光

8、學元件, 可以完成準直、聚焦、成像、分束、光束偏轉和光束掃描等功能，但有時也稱為衍射光學元件，主要包括：全息透鏡、全息光柵、全息濾光片、全息掃描器等，其使用材料主要包括：例如光導熱塑料、光致聚合物、多量子阱材料和光折變晶體等，本文所述實驗所用的記錄材料為光致聚合物。需要強調(diào)的是，衍射效率是評價衍射光學元件以及含有衍射光學元件的折衍射混合光學系統(tǒng)的重要指標之一。光線通過衍射光學元件后，會產(chǎn)生多個衍射級次，一般只是關注主衍射級次的光線，其他衍射級次的光線在主衍射級像面上形成雜散光，降低像面的對比度。因此，衍射光學元件的衍射效率直接影響到衍射光學元件的成像質(zhì)量，對衍射光學元件衍射效率的精確測量是十分

9、必要的。3、增強現(xiàn)實系統(tǒng)簡介3.1、增強現(xiàn)實系統(tǒng)的構成一個典型的增強現(xiàn)實系統(tǒng)(如圖3-1所示)通常由場景采集系統(tǒng)、跟蹤注冊系統(tǒng)、虛擬場景發(fā)生器、虛實合成系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和人機交互界面等多個子系統(tǒng)構成。其中，場景采集系統(tǒng)負責獲取真實環(huán)境中的信息，如外界環(huán)境圖像或視頻；跟蹤注冊系統(tǒng)用于跟蹤觀察用戶的頭部方位和視線方向等；虛擬圖形繪制系統(tǒng)負責生成要加入的虛擬圖形對象；虛實合成系統(tǒng)是指虛擬場景與真實場景對準的定位設備和算法。圖3-1 增強現(xiàn)實系統(tǒng)構成圖32、增強現(xiàn)實系統(tǒng)的關鍵技術及關鍵設備簡介在增強現(xiàn)實系統(tǒng)中，虛擬物體和真實場景的混合顯示的目標是結合真實和虛擬世界來實現(xiàn)場景的無縫拼合，因此虛實準確結合的

10、注冊步驟和最后的顯示系統(tǒng)非常關鍵，決定了用戶對環(huán)境的最終感知效果。增強現(xiàn)實系統(tǒng)中的顯示系統(tǒng)主要使用透視式頭盔顯示器來實現(xiàn)虛擬物體與真實環(huán)境的混合顯示，佩戴透視式頭盔顯示器的使用者既可以看到外部的真實環(huán)境，又可以看到計算機生成的虛擬景物。因此，透視式頭盔顯示器是將虛擬景物和真實環(huán)境融合的重要顯示設備，是AR系統(tǒng)中的關鍵設備。透視式頭盔顯示器的主要作用是實現(xiàn)虛擬信息與真實環(huán)境的融合，由三個基本環(huán)節(jié)構成：虛擬信息顯示通道、真實環(huán)境顯示通道、圖像融合及顯示通道。而其中虛擬信息的顯示原理與虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)所用的浸沒式頭盔顯示器基本相同，圖像融合與顯示通道是與用戶的最終接口，基本取決于真實環(huán)境的表現(xiàn)方式。因此

11、根據(jù)真實環(huán)境的表現(xiàn)方式劃分，目前的透視式頭盔顯示器主要有基于CCD攝像原理的視頻透視式頭盔顯示器和基于光學原理的光學透視式頭盔顯示器兩種形式。基于CCD攝像原理的視頻透視式頭盔顯示器原理如圖3-2(a)所示。由安裝在使用者頭盔上的兩個微型CCD攝像機攝取外部真實環(huán)境的圖像，計算機通過計算處理將所要添加的信息或圖像信號疊加在攝像機的視頻信號上，通過視頻信號融合器實現(xiàn)計算機生成的虛擬場景與真實場景融合，最后通過類似于浸沒式頭盔顯示器的顯示系統(tǒng)呈現(xiàn)給用戶?；诠鈱W原理的光學透視式頭盔顯示器則是通過一對安裝在眼前的半透半反的光學合成器實現(xiàn)對外界真實環(huán)境與虛擬信息的融合的，如圖3-2(b)所示。真實場景

12、直接透過半反半透鏡呈現(xiàn)給用戶，經(jīng)過光學系統(tǒng)放大的虛擬場景經(jīng)半反半透鏡反射而進入眼睛，真實場景和虛擬場景的融合通過光學合成器來實現(xiàn)。ab圖3-2 視頻信號融合器(a)和半透半反鏡(b)實現(xiàn)虛實圖像融合它們兩者之間的主要區(qū)別就在于真實環(huán)境的顯示方式。光學透視式頭盔顯示器對真實環(huán)境是一種幾乎“無損”的顯示，使用者對真實環(huán)境的觀察只受到半透半反的光學組合器的過濾，真實場景幾乎完整地呈現(xiàn)給使用者，所獲得的信息比較可靠和全面，因此光學透視式頭盔顯示器的發(fā)展得到了極大的關注，典型的例子如谷歌眼鏡。4、基于全息光學元件的增強現(xiàn)實系統(tǒng)實現(xiàn)41、基于全息光學元件的3D全彩色增強現(xiàn)實原理基于光學原理的光學透視式頭盔

13、顯示器中主要是通過一個半透半反的透鏡實現(xiàn)虛實場景的融合。而全息光學元件（Holographic optical element, HOE）是其極佳的代替品，因為，HOE是一種包含衍射光柵的全息器件，它能實現(xiàn)傳統(tǒng)光學元件的光學功能，如反射鏡、透鏡等?；谌⒐鈱W元件的圖像合成器滿足透視式的功能，而且更重要的是對于真實場景的亮度沒有損耗，同時能夠減小設備的尺寸并降低預算?；谝陨蟽?yōu)勢，利用全息光學元件作為圖像合成器具有一定的研究價值。因此，可以利用全息光學元件作為圖像合成器在光學透視式的增強現(xiàn)實系統(tǒng)中實現(xiàn)3D全彩色的顯示。全息光學元件可以實現(xiàn)虛擬場景的記錄和重現(xiàn)，如圖4-1所示。在體積全息記錄的過

14、程中，即作為參考光的平面波和通過透鏡陣列的的球面信號光發(fā)生干涉，將會在全息光學元件表面的全息材料的形成被每個透鏡單元調(diào)制的干涉條紋。當完全相同的參考光照射的全息材料上時，形成記錄的透鏡陣列式全息光學元件將會重現(xiàn)記錄過的透鏡陣列的波前,所形成的效果就如同通過了透鏡陣列一樣，而此時的透鏡陣列式全息光學元件的作用如同半反半透鏡，但只有符合布拉格條件的光才能被反射回來形成圖像。當參考光為攜帶圖像信息的平行光時，則可以形成圖像。同時，由于全息光學元件具有透明性，且不符合布拉格條件的光將不能被反射形成積分圖像，所以透鏡陣列式全息光學元件對于真實場景的亮度沒有損耗。另外需要注意理解的是，透鏡陣列單元的大小即

15、為其成虛擬圖像像素的大小。圖4-1 利用全息光學元件記錄（a）和再現(xiàn)（b）原理圖作為圖像合成器，經(jīng)過記錄的透鏡陣列式全息光學元件可以提供虛擬3D圖像，并且它的透視式很好的滿足了基于光學的透視式增強現(xiàn)實系統(tǒng)。4.2、基于透鏡陣列式全息光學元件的3D全彩色增強現(xiàn)實實驗4.2.1、記錄和再現(xiàn)過程分析如圖4-2-1所示，描述了透鏡陣列式全息光學元件記錄和再現(xiàn)的實驗過程。圖中所示的三個激光器：紅色（671nm）、藍色（473nm）、綠色（532nm），同屬于光線集中模塊（beam-combining part）。其中二分之一玻片分別在三色光的光路上，控制著光線的偏振狀態(tài)；而ND（neutral dens

16、ity）控制著三個激光器的能量密度；ES（electric shutter）控制著三個激光器的曝光時間。光線擴展模塊的作用是把激光器出射光線擴展成相互平行的平面波。最后的記錄模塊是把平面波分成兩束分別為參考光和入射光分別照射全息材料，具有3.3毫米焦距直徑為1mm的透鏡陣列放在入射光路上，而全息材料則位于參考光和入射光交叉點（產(chǎn)生干涉）的一塊可移動平臺上。其中，入射光正常入射，而參考光與垂直方向成50度夾角入射到全息材料上。圖中兩個正方向的孔徑光闌（A1、A2）約30mm寬，其作用是使參考光和入射光可以精確的在全息材料上成像。但隨之而來的是，這個孔徑光闌也限制了參考光和入射光在全息材料上的成像

17、區(qū)域的大小。為了擴大全息材料的記錄區(qū)域，可以用在沿一個軸方向可以移動的空間復用（spatial multiplexing），這樣，通過在水平方向沿軸移動全息材料所在的移動平臺，就可以記錄一個30mm*60mm大小圖像的全息光學元件。另外，為了在三個波長上獲得相當?shù)难苌湫?，在同時使三個激光器在全息材料上曝光，同時也分別改變激光器的能量密度。在全彩色全息光學元件的記錄和再現(xiàn)實驗中，藍綠紅激光器的能量密度分別為51mJ/cm2、59 mJ/cm2、47 mJ/cm2 。圖4-2-1 全息光學元件記錄和再現(xiàn)實驗圖4.2.2、衍射效率的測量在透鏡陣列式全息光學元件對平面參考光波衍射的過程中衍射效率（D

18、E）是比較難計算的。相反為了能得到全息成像過程中的衍射效率，可以通過測定透鏡陣列式全息光學元件的透射率（T）和反射率（R）間接計算可見光波段的衍射效率，當材料對光波的吸收和散射可以忽略不計時，衍射效率即：。實驗中，用一個具有寬頻帶非相干光源的投影儀來調(diào)制全彩色全息光學元件上的圖像。另外，用一個具有非相干白光源的分光器測定透鏡陣列式全息光學元件的的透射率和反射率。透鏡陣列式全息光學元件的透射率和反射率如圖4-2-2所示。圖4-2-2 透鏡陣列式全息光學元件的透射率和反射率其中紅、綠、藍三種顏色的透射率、反射率、衍射效率分別列在的下表中。表1、經(jīng)過記錄的透鏡陣列式全息光學元件顯示圖像的三原色的透射

19、率、反射率和衍射效率的測量值。紅色（%）綠色（%）藍色（%）透射率（T）75.772.173.2反射率（R）6.26.75.5衍射效率（DE）18.121.221.34.2.3、虛擬信息的再現(xiàn)在實驗用的基于透鏡陣列式全息光學元件的光學透射式增強現(xiàn)實系統(tǒng)的3D虛擬圖像的再現(xiàn)過程中，需用產(chǎn)生與記錄時所用參考光相同的參考光光源。同時，為了在透鏡陣列式全息光學元件上產(chǎn)生校準的圖像，還需使用光學中繼和遠心鏡頭。透鏡陣列式全息光學元件的放置同記錄時一樣，和參考光成50度夾角。圖4-2-3 虛擬圖像再現(xiàn)實驗圖片在實驗中，用于透射的圖像通過圖像投影儀投射在透鏡陣列式全息光學元件上，然后在透鏡陣列式全息光學元件

20、的前方形成虛擬圖像，此時的透鏡陣列式全息光學元件正如半反半透鏡一樣可以實現(xiàn)虛實場景的融合（也可以理解為透明屏幕）。實驗中所用的是電腦生成的具有3D信息的三個英文字母：S，N，U。為了顯示色彩的代表性并描述出3D信息，原始圖像中三個字母的顏色分別為紅、綠、藍，而且其深度信息也不相同，分別為+30、0、-30。如下圖4-2-3所示。圖4-2-3 實驗所用3D虛擬圖像當符合上述條件的虛擬圖像投射到經(jīng)過記錄的透鏡陣列式全息光學元件上時，由于投射光符合布拉格條件將會被反射到全息光學元件前方，形成圖像。由于圖像的形成如同是被一塊透鏡陣列成像，所以，透鏡陣列單元透鏡的大小就是虛擬圖像的像素大小。4.2.4、

21、實驗結果與結論如下圖4-2-4所示，則顯示了在基于透鏡陣列式全息光學元件的增強現(xiàn)實系統(tǒng)利用上面的3D虛擬信息在五個不同的角度形成的增強圖像。從圖像的結果也可以看出，從五個不同的角度看到的虛擬圖像：即三個字母，確實是具有3D信息。我們也可以從圖中看出這的確提供了一種雙目顯示的方法，并給用戶呈現(xiàn)3D效果。圖4-2-4 實驗結果：從五個不同角度觀察的效果接下來的研究工作可以從全息光學元件的使用上展開研究，例如使用更多的基本全息光學元件，并在3D虛擬信息重構的過程中減小透鏡之間的距離，另外為了提高圖像的亮度可以使用更高的光線能量密度。同時，真實的圖像由于不符合布拉格條件也同虛擬圖像一樣通過透鏡陣列式全

22、息光學元件被觀測到，這說明基于透鏡陣列式全息光學元件的3D全彩色增強現(xiàn)實系統(tǒng)具有透視的功能。上述實驗的結果證實了透鏡陣列式全息光學元件作為一種新的3D光學透射式增強現(xiàn)實系統(tǒng)的有效性。5、結論在目前的增強現(xiàn)實系統(tǒng)中，正如前文所描述的一樣，透射式的增強系統(tǒng)使用較多的是半反半透鏡作為虛實圖像的合成器，技術也比較成熟。但利用全息光學元件記錄并再現(xiàn)出3D全彩色虛擬圖像而實現(xiàn)的增強現(xiàn)實系統(tǒng)通過上述實驗可以看出具有可行性，也可以通過舍棄虛擬圖像生成設備進而減小系統(tǒng)的尺寸并降低系統(tǒng)預算，但仍需要進一步的研究解決一系列的問題,如實時跟蹤注冊等。6、我的工作正如前面所描述的那樣,AR系統(tǒng)的關鍵技術有顯示技術、相機

23、標定技術、跟蹤注冊技術以及界面可視化技術等, AR 系統(tǒng)的實現(xiàn)一般包括四個基本步驟：(1)獲取真實場景信息；(2)分析真實場景與攝像機的位置信息；(3)對虛擬物體進行建模；(4)視頻合并或直接顯示在用戶的便攜式顯示器中。其中,第(2)步中, 計算機需要分析大量的攝像機跟蹤數(shù)據(jù)和真實場景信息，這樣才可以精確地計算出虛擬模型被安置在現(xiàn)實環(huán)境(真實場景)中的確切位置。進行這一步的基礎工作便是進行攝像機標定。所以，我就攝像機標定做了一些工作，也是實現(xiàn)增強現(xiàn)實系統(tǒng)所必須做的工作。由于前面的描述中沒有涉及任何跟蹤注冊的相關內(nèi)容，因此我在這方面做了一些工作。6.1、攝像機標定原理攝像機標定的目的是確定攝像機

24、的位置、屬性參數(shù)、建立成像模型，以便確定空間某點與它在圖像平面像點間的對應關系。其要確定的參數(shù)可以分為內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)：內(nèi)部參數(shù)描述攝像機的內(nèi)部光學和幾何特性，如圖像中心、焦距、鏡頭畸變等；外部參數(shù)就是相對于世界坐標系的攝像機坐標的三維位置和方向。攝像機模型：在進行攝像機標定時，我們一般使用針孔模型，并引入透鏡的徑向畸變和切向畸變。為了更好的描述攝像機模型，需要定義幾個坐標系。設 P (Xw，Yw，Zw )是一個點的世界坐標，P(Xc，Yc，Zc)是該點在攝像機坐標系中的坐標，P (x，y)是該點在圖像平面坐標系，（u，v）為像素坐標系。通過坐標系之間的變換關系我們可以得到以世界坐標系表示的

25、P點坐標與其投影點p（在像素坐標系的點）的坐標（u，v）的關系： 其中，；M為3*4矩陣，稱為投影矩陣；完全由ax，ay，u0，v0決定，由于ax，ay，u0，v0只與攝像機內(nèi)部結構有關，我們稱這些參數(shù)為攝像機內(nèi)部參數(shù)；M2完全由攝像機相對于世界坐標系的方位決定，成為攝像機外部參數(shù)，確定某一攝像機的內(nèi)外參數(shù)，稱為攝像機標定。6.2、基于OpenCV的攝像機標定算法及標定結果由上述攝像機模型可見，如果已知道投影矩陣M，對任何空間點P，如已知它的坐標，就可求出它的圖像點p的位置（u，v）。在這里我們使用基于2D平面靶標的攝像機標定方法，要求攝像機在兩個以上不同的方位拍攝一個平面靶標，攝像機和2D平

26、面靶標都可以自由地移動，不需要知道運動參數(shù)。標定過程中內(nèi)部參數(shù)始終不變，只有外部參數(shù)發(fā)生變化。這種方法由張正友等人提出，其平面靶標上有很多方格點，方格點即為標定點?；谄灞P格點的攝像機標定（張正友）：1、制作一張模板（棋盤格點）；2、從不同的角度拍攝若干張圖像；（實時）3、檢測圖像的特征點；4、求攝像機的內(nèi)參和外參；5、求出畸變系數(shù)。（由于求取畸變的過程比較復雜，這里沒有描述過程）通過開源代碼庫OpenCV，并編寫相關程序實現(xiàn)了攝像機標定的目標，并得出了相關參數(shù)，且結果基本符合預期。圖6-2-1基于OpenCV的攝像機標定過程中所用圖片圖6-2-2 基于OpenCV的攝像機標定結果在攝像機標定

27、過程中，我們使用的攝像機所成圖像大小為640*480，因此，標定的圖像中心應該在320*240即（u0,v0）坐標為（320,240），而我們的標定結果為（316.3, 249.8），雖然存在誤差但在可以接受的范圍內(nèi)，同時誤差的大小與所使用的攝像機的質(zhì)量相關。參考文獻1. Hong, K, Yeom, J，Jang, C et al. Full-color lens-array holographic optical element for three-dimensional optical see-through augmented reality J. OPTICS LETTERS, 2014, 39(1):127-130.2. 鐘慧娟，劉肖琳，吳曉莉.增強現(xiàn)實系統(tǒng)及其關鍵技術研究J. 計算機仿真,2008