三维数据场可视化的视觉模型

通过建立视觉模型,把三维数据场３种常用的可视化方法──几何方法、颜色方法、体绘制方法有机地结合起来,发挥各种方法的优势,克服其不足,为最大限度地表现三维数据场的分布奠定了基础。     

计算机立体视图绘制技术

随着计算机技术的发展,特别是三维计算机立体图形绘制、显示技术的发展,使逼真地、立体地重现自然成为可能。现在立体显示技术已广泛应用于医学图象、应用科学、可视化工程、虚拟现实和模拟训练教育等方面。确定正确的立体图象投影模型是利用计算机产生逼真图象的关键技术之一,本文介绍了计算机立体显示基本原理及立体观察的几何模型并概述了影响计算机立体图象绘制和显示的几个重要因素。     

露天矿三维地质模型构建

本文依托某露天矿工程，首先，以建模边界线及剖面线作为约束，利用各个地层的钻孔数据、剖面数据及地板等高线，通过构建Delaunay三角网，逼真模拟了各个地层界面。然后，提出了包络面固化成体法构建煤层地质界面模型并集成，较好地实现了煤层三维可视化及表达实体模型对象之间的拓扑关系。最后，结合地形及采场现状实体模型、煤层实体模型，耦合各地层实体与地质实体，实现了三维地质集成模型。依托工程露天矿三维地质模型充分考虑各个地质实体与地质构造的协调关系，有助于进一步认知矿体空间分布，实现动态计算及管理煤矿储量。研究成果可为类似露天煤矿的三维地质模型构建提供参考。     

空中复杂目标的CAD建模及其电磁散射特性可视化研究

雷达目标的电磁散射特性对于目标的检测与识别具有至关重要的意义,文中给出了复杂目标的建模及电磁散射特性的可视化研究。利用3DSMAX和AutoCAD建立复杂目标的三维模型,介绍了两种建模方法:平板面元逼近和参数面元逼近。文中着重于平面元逼近方法,并给出了计算远区场和RCS的物理光学(PO)的近似积分结果。调用 OpenGL库完成目标的三维显示及散射特性的可视化输出,给出了导弹再入段的三维电磁散射和二维电磁散射强度分布。     

大规模科学数据体绘制技术综述

体绘制是刻画大规模科学数据中复杂物理特征的有效途径,然而,数据量极大、特征难以捕捉等问题依然是目前体绘制研究的主要挑战。为此,研究者们从三个方面对体绘制算法进行了深入研究,以提高大规模数据体绘制的效率和效果。一方面,依托硬件通过多处理器核来分担计算,降低单处理器核所要完成的计算量,是提高体绘制效率的一个有效途径。另一方面,充分发掘数据场内在特性对三维数据场进行约简,大幅减少绘制处理数据量从而降低算法开销,也是提高体绘制效率的一个有效途径。同时,在体绘制算法中融入特征分析和特征增强方法,让复杂物理特征从数据场中突显出来,以实现对科学数据的高质量绘制。本文对国内外体绘制技术相关研究进展进行了调研、综述,并分析了不同的研究方法,最后展望了未来体绘制技术研究的可能发展方向,包括应用驱动的特征体绘制、基于特征的约简体绘制、适应硬件的体绘制多级加速以及原位智能化体绘制等。     

面向大规模地理矢量线数据的多层级实时可视化技术

针对主流方法难以满足多层级实时可视化的需求,提出面向大规模地理矢量线数据的多层级实时可视化技术。建立面向多层级瓦片绘制的自适应可视化模型,设计像元四叉R(pixel quad R, PQR)树空间索引和基于PQR树的自适应可视化算法,分别用于支撑模型的数据组织和可视绘制。在10亿规模数据集上的实验表明：该技术在0.57 s内可计算任一层级上的可视结果,并且计算耗时大幅小于主流方法。当数据规模急剧增长时,该技术在各显示层级上仍具有较好的可视性能,最低可视速率超过100张/s,大幅优于主流方法。该技术在单机条件下即可支撑大规模地理矢量线数据的多层级实时可视化,在空间大数据探索分析领域具备较好的应用前景。     

计算流体力学及其可视化技术与应用

运用计算机可视化技术对三维数据场进行研究．主要对流场的表示方法、可视化实现步骤和应用进行阐述．     

关于改善可视化仿真系统实时性的途径

实时性是设计可视化系统所面临的关键技术问题之一,如何协调系统的实时性和模型的真实性是可视化仿真系统实现的瓶颈。结合应用仿真建模工具MultiGen的开发经验,从模型数据的组织结构、绘制优先级的确定,以及复杂场景建模与显示中常用的实例化、LOD、Billboard等方面,探讨了在可视化系统设计中改善实时性可采用的途径,并逐个分析其特点、利弊及处理技巧。     

基于二维GIS数据和三维模型库快速构建营房土地三维模型的研究

营房土地三维可视化管理是实现营房土地信息化的重要手段,而营房土地三维模型的建立是实现三维可视化管理的前提.为提高营房土地管理水平和管理效率,提出了基于二维GIS数据和三维模型库的营房土地三维模型构建方法,解决了大范围、多区域数据采集和建模工作量大的难题,实现了数据的廉价采集和三维模型的快速构建,是实现营房土地三维可视化管理的有效途径.     

一种新的动态分形海面模型及其电磁散射统计特性研究

给出了一种更符合海面实际情况的基于未充分发展海谱的分形海面模型(NDFFM),使用双尺度法计算了NDFFM海面的后向散射截面,并研究了动态散射场幅值分布。结果表明在大特征斜率下散射场服从K分布,随着特征斜率的下降,散射场分布向瑞利分布退化。最后将计算数据与传统的分形模型和实测雷达数据进行比对,证明了该模型的准确性和有效性。     

特征保持的视点相关三维矢量场流线简化方法

为了解决三维矢量场可视化中流线数量过多造成的遮挡与视觉混乱问题,同时保证流线能够准确描述矢量场变化规律与重要特征,提出了一种基于特征保持的视点相关三维矢量场流线简化方法。采用粒子跟踪生成3D矢量场流线集,并进行视点相关映射;对流线集进行特征保持计算;基于流线视觉效果度量对流线集进行迭代简化计算,从而实现流线集的有效简化。实验结果表明,能够有效保持矢量场的物理特征,且具有较好的流线视觉效果。     

基于Matlab的避雷针保护范围可视化研究

为科学直观地开展油库防雷安全设计,采用Matlab语言对避雷针保护范围进行了三维立体模拟和可视化研究。利用Matlab图形用户界面（GUI）模块编译出单支避雷针、双支避雷针等避雷针保护范围可视化交互式程序界面,并将此程序实际应用于重庆601油库移动式避雷装置的综合防雷方案设计。结果表明：该可视化方法可以科学直观地显示出被保护物是否在避雷针的保护范围之内,为油库防雷设计、油库安全管理等工作提供了新思路。     

基于SFS的磨粒图像三维重构

研究了一种由磨粒灰度图像直接恢复出磨粒图像三维信息的磨粒三维形貌恢复方法，以几种典型的磨粒灰度图像进行算法验证，实验结果表明，该方法简单，易于实现，恢复后的磨粒三维图像有较强的立体感。在不增加硬件成本的基础上，可以为磨粒的分析提供三维数据，为磨粒图像三维特征的提取奠定基础，对磨粒识别精度的提高产生重要的影响。     

基于ADV212的探空火箭图像采集与压缩系统

针对探空火箭遥测带宽低、图像监控通路多、系统小型化等设计难点,本文提出了一种基于ADV212的图像采集与压缩系统设计方案。采用可以同时支持无损和高压缩比有损压缩的JPEG2000图像压缩标准,提出适用于箭上图像采集特点的通道切换和中断处理策略,并以“乒乓”操作的流水线作业方式实现多路图像通道数据吞吐,通过两个实时发送通道和一个缓存发送通道向火箭遥测链路发送图像数据。提出了一种具有动态帧频和压缩比的图像压缩方案,解决了探空火箭遥测带宽有限这一问题。本设计以Virtex-4系列FPGA作为系统控制核心,采用ADV7182和ADV212分别完成图像的采集和压缩,分别采用SRAM和SDRAM实现图像的实时传输和缓存传输。通过比较图像间的PSNR值,试验并分析了适用于CCD图像的压缩滤波器和小波变换级数,得到了较为满意的图像质量。设计较好地满足了本次空间环境垂直探测探空火箭的图像采集任务。     

一种视差域基于学习方法的图像合成算法

基于图像序列的图像合成往往需要定标和恢复场景三维结构,为了避免这些复杂过程,根据参考图像的视点离虚拟视点的远近关系,将参考图像序列分为主、从参考图像,并利用多极约束的原理和非线性校正,将图像合成的最优化问题从深度域转化到视差域,从而在不定标和不匹配的情况下,直接从图像序列合成虚拟视图。实验结果证明算法是有效的,并有一定的应用前景。     

某战术训练模拟器快速校准数据采集系统

某战术训练模拟器数据采集采用现场总线方式,由主控计算机作为上位机,两个单片机控制盒作为下位机。通过采用RTX实时操作系统产生精确定时,同时以事件驱动的方式实现数据采集程序同步运行,通过485总线在数据采集程序与2个单片机控制盒之间实现应答式数据通信,从而实现数据采集系统与主时钟的完全同步。设计了模拟量输入数据采集表的人工改写功能,实现了能够自动更新模拟量输入数据采集表的快速校准方法,满足了操纵机构模拟量输入数据实时性、可靠性、维护校准高的要求。     

四元数在火控中的应用

介绍了四元数的定义、代数运算、三角形式和指数形式以及球面表示形式;综述了四元数在刚体姿态控制,计算机三维图像旋转,彩色图像处理和信号处理分析等实际应用中表示的物理含义,着重探讨了四元数理论在火控领域中应用方法,并对比传统欧拉角火控模型,分析了应用四元数火控模型的优点。最后从理论上得出,四元数理论方法在常规兵器火控系统有广阔的应用前景。     

飞行模拟系统中分布交互式视景的设计与实现

分布交互式视景是飞行模拟系统中的重要组成部分,是实现多机单通道（多通道）联网编队飞行的基础。提出了一种基于Mantis的分布交互式视景仿真系统,对视景系统的视景数据库、视景控制程序及网络结构进行了总体设计,构建了一个具有基本仿真功能,并且相对通用的分布式可视化实时视景仿真系统。并对多通道视景的同步、模拟器之间的时空一致性和三维模型简化等关键技术进行了研究与实现。该系统已经应用于实践,实现了直升机模拟器之间在同一环境下的联网飞行,并且取得了预期的视觉效果。     

由序列图像获取点目标的三维运动参数和空间位置

利用图像获取目标的运动参数和空间位置在目标定位、跟踪和计算机视觉中具有重要的意义。本文在目标和成像系统都运动的情况下,给出了由单目序列图像获取点目标绝对运动参数和三维空间坐标的条件,提出了利用多帧单目序列图像和应用非线性递推滤波算法来估计点目标的运动参数和空间位置。实验仿真结果证明,本文提出的算法是有效的。