混合现实的理论与算法
首席科学家：鲍虎军
（973项目：2009CB320800，2009.1-2013.12）
本项目研究虚拟环境与现实环境混合的理论和方法，旨在通过建立高保真的虚拟对象/环境的信息模型和与现实世界相一致的现实对象信息模型，实现虚拟环境与现实环境或其信息模型的多层次融合和相互作用，使用户获得一种与其经验相符的真实体验，以增强人们探索、认识客观事物的能力。为此，我们将围绕“虚拟与现实混合环境的一致性表示、呈现及其相互作用”这一关键科学问题，借鉴数学、物理材料和信息等领域的研究成果，研究与其密切相关的三个基本问题：虚拟环境与现实环境的一致性表示；符合人类感知的虚实混合环境的呈现；虚拟环境与现实环境的相互作用。为此，本项目拟设置五个课题展开研究，即：虚实混合环境的一致性表示和构建；增强虚拟型混合环境的呈现；增强现实型混合环境的呈现；支持虚实混合环境.的交互技术与界面；虚实混合环境的驱动引擎技术与系统。 本项目的研究目标是重点研究虚拟和现实环境的混合一致性问题，在虚实混合环境的一致性表示、逼真呈现和自然交互等关键技术上取得突破，研制面向虚实混合环境的显示和交互装置，构建相应的驱动引擎系统，使我国在相关领域的研究达到国际先进水平。本项目预期在以下方面取得进展和突破：
· 在现实对象的信息采集和一致性重构以及虚拟对象的逼真建模研究方面取得突破，采用摄影测量以及其它先进的测量手段，获取现实环境和对象的几何、材质和行为等属性信息，实现一致性重构；结合实测和计算得到的高精度数据，借助机器学习和参数反演等理论和方法，提出逼真构建虚拟对象的几何、光照、运动和行为模型的新方法和新途径。
· 在符合人类视觉感知特点的虚拟环境与现实环境信息模型的无缝融合方面取得突破，提出多种显示和交互模式下增强虚拟型混合环境的视觉感知信息的融合呈现方法，再现虚拟环境与现实环境的信息模型在时空、光照以及物理等方面的相互作用过程，解决虚实混合环境的一致性表现问题。
· 充分考虑将虚拟环境叠加现实到现实世界的显示要求，探索与研究一系列新的显示技术和虚拟对象对现实环境的影响，重点在复杂表面上的投影显示技术方面取得突破，实现自动的、智能的几何和色彩的畸变矫正，并研发出相应的显示装置。
· 突破传统的人机交互模式，在探索适合虚实混合环境的用户交互模式和新型人机界面方面取得重要进展；提高交互过程中的跟踪定位精度和虚拟化身的构造效率，研制相关交互装置，提升用户在虚实混合环境中进行交互的自然性。
· 设计高效的虚实混合环境的数据组织模型和数据调度策略，实现一个高性能的虚实混合环境的驱动引擎系统，在多GPU/CPU分布式并行处理技术及分布式虚实混合环境的时空一致性及互操作等关键技术上取得重要进展。
· 发表百篇以上有重要影响的国际学术论文与论著，在国际上产生较大的影响，培养一批优秀的中青年学术骨干和博士研究生。
复杂空气分离类成套装备超大型化与低能耗化的关键科学问题
首席科学家：谭建荣
（973项目：2011CB706500，2011.1-2015.8）
大型钢铁、大型石化、大型火电等大型工程及航天、深海等特殊领域都以工业气体为原料气体或工艺气体，因而，工业气体被工业界普遍认为是“工业的血液”。复杂空气分离类成套装备是工业血液的“造血装备”。其复杂性表现在三个方面：（1）结构组成复杂，由净化器、压缩机、预冷装置、纯化装置、增压膨胀机、换热器与精馏塔等多机组多部机组成；（2）工艺过程复杂，通过空气压缩、净化、换热、冷却与精馏等工艺过程，生产氧、氮或其他稀有气体；（3）技术需求复杂：大型钢铁、大型石化、大型火电等大型工程对空气分离类成套装备的设计制造提出了不同的技术要求。
随着大型工程对空气分离类成套装备需求不断增长，超大型化与低能耗化作为新一代空分成套装备技术的重要特征，已成为当前空分成套装备技术国际竞争的制高点。复杂空气分离类成套装备超大型化，导致空气分离各物理过程的非线性特征更为突出、变工况对机组运行的瞬态影响更难以预测、跨机组的机电/汽液/流固及热固多学科耦合与关联更为复杂。大型化设计不是对现有机组参数的简单放大，需要解决不同机组、不同层次、不同学科相互耦合关联的1600多个主要设计变量、12000多个设计参数的计算与分析难题。低能耗化需要解决氮、氧、氩多组分低温汽液混合流界面在宏观和微观两个尺度、临界和超临界两种状态、汽液与流固多重耦合下完成复杂传热传质与大尺度非定常流动过程中能量分布、迁移与损耗的精准预测与分析难题。高可靠性需要解决在超大流量(空气流量高达50万标准立方米/小时)、高转速（高达60000rpm）、深低温（-196℃）、高压力（20MPa）等极端环境下连续工作的多机组多部机寿命均衡设计、保质制造与稳定运行难题。
要实现超大型、低能耗空气分离类成套装备技术难题的突破，须解决“低能耗驱动的大尺度混合流复杂界面渐变形成规律”、“超大型化多机组多变量关联的场分离与场耦合原理”与“高可靠性关键部机的寿命均衡设计与稳定运行理论”三个科学问题。本项目围绕这三个科学问题，开展六个课题研究：1. 大尺度混合流与非定常流动界面形成规律；2. 大型装备中动力学非线性耦合机理；3. 复杂工况多机组多变量关联设计理论；4. 多机组同步稳定与寿命均衡设计原理；5. 关键部机高强度大构件保质制造技术；6. 超大型空分装备性能实验、仿真与集成。
通过本项目研究，将阐明大型空气分离类成套装备大尺度混合流界面对气体传热传质的影响机理，揭示装备内部多相流体的非定常交变流动机理与能量迁移规律；阐明复杂工况大型装备动力学非线性耦合机理，建立跨机组多变量多参数关联的装备性能分析与工艺设计理论；揭示空分成套装备关键机组与关键部机高可靠性长寿命机理，提出关键机组与关键部机大型结构件的均衡寿命设计与保质制造方法；从而，为新一代空气分离类成套装备理论突破提供科学基础。
面向公共安全的跨媒体计算理论与方法
首席科学家：庄越挺
（973项目：2012CB316400，2012.1 -2016.12）
有别于传统结构化和非结构化数据，从微博、手机、社交网站和新闻网站等不同渠道获取的不同类型媒体数据及与之相关社会属性信息紧密地混合在一起，反映了个体和群体的社会行为，这一种新的媒体表现形式称为“跨媒体”。本项目面向社会公共安全这一重大需求，对跨媒体数据所隐含的社会属性和特定事件的动态演变进行分析，挖掘和预测挖掘和预测特定社会事件，进而以跨媒体形式对其起源、现状及发展进行全过程呈现。为此，我们将研究三个基本科学问题：跨媒体数据统一表示和建模方法、跨媒体数据关联推理与深度挖掘、跨媒体数据综合搜索与内容合成。本项目拟设置六个课题展开研究，即：跨媒体数据统一表示和建模机制；跨媒体属性感知模型与行为计算；跨媒体语义学习与内容理解；海量跨媒体数据挖掘与公共安全态势分析；跨媒体搜索与内容整合；面向公共安全的跨媒体呈现与验证和示范平台。本项目的研究目标是揭示热点和敏感话题与重大事件的网络跨媒体数据涌现、传播和演化机制，发现跨媒体数据与社会行为之间的映射规律，建立多态性跨媒体数据一致性语义结构表示以及跨媒体数据关联和聚合方法，为公共安全事件预测预警等提供理论基础和技术支撑，搭建面向公共安全态势分析与预测预警示范平台。
本项目预期在以下方面取得进展和突破：
在跨媒体建模理论方面，针对跨媒体数据所包含自然属性和社会属性的异构、多阶和高维特点，拟从度量学习和相关性分析出发，发现异构特征之间内嵌本征结构，在跨媒体数据关联性语义结构一致性描述、自然属性和社会属性及交互行为复杂关系建模等方面取得原创性成果。
在特定社会事件演化机制方面，针对热点话题在互联网上发生的特点，在揭示蕴含特定社会事件的跨媒体数据涌现扩散和演化机制、发现跨媒体数据传播过程与现实生活中个体和群体社会行为之间相互影响规律等方面取得突破。
在跨媒体数据高效利用方面，研究从一类型媒体数据检索另一类型媒体数据的综合检索方法，对特定社会事件演化过程中关键因素进行析取，通过类别和联想手段对跨媒体数据进行合成，进而以跨媒体形式对潜在性社会事件进行呈现，形成特色。
发表百篇以上有重要影响的国际学术论文与论著，在国际上产生较大的影响，培养一批优秀的中青年学术骨干和博士研究生。
在诸如IEEE顶级汇刊等国际高水平期刊上以及在ACM和IEEE等有重要影响力国际会议发表重要论文150篇以上，形成由中国学者提出的较为系统的跨媒体计算理论与方法，在国际上产生重要影响，培养我国相关领域的优秀人才和学术队伍。