基于CUDA的三维数据并行可视化

科学计算可视化是发达国家20世纪80年代后期提出并发展起来的一个新的研究领域,它运用计算机图形学和图像处理技术,将三维数据转换为图形及图像在屏幕上显示出来并进行交互处理,主要包括面绘制和体绘制两种方法。光线投射算法是最经典的三维数据体绘制方法,图像质量较高,但计算时间较长,基于CUDA的编程技术利用GPU的多核并行运算功能可显著提高计算速度,实现大规模三维数据的实时可视化。     

一种适合多源地球物理数据三维可视化的快速空间索引技术

识别复杂地质条件下的地质构造,常需要融合多种地球物理探测技术的数据进行分析,应用地球物理数据三维可视化技术可以更好地解释复杂的地质现象,传统的可视化方法由于缺乏对多源地球物理数据一体化的存储管理与索引机制,使得在对大范围多源地球物理数据进行空间局部更加精细可视化时的效率很低.为了更有效地洞察研究区域的地下构造,本文研究了适合多源地球物理数据三维可视化技术的快速空间索引技术.首先根据各类地球物理数据空间分布特点,提出了一种改进的四叉树结构,用于建立对多源地球物理数据一体化存储与管理.接着利用该数据结构,文章现实了多源地球物理数据快速空间查询的机制.将此结构和机制服务于大规模多源地球物理数据精细尺度下的三维可视化,提高对特定空间范围的局部多源地球物理数据动态可视化的效率.最后给出了该数据结构下空间查询与可视化的效率分析,并通过实验对整个算法的效率进行了验证.实验表明,通过建立相应的索引机制,可在大规模多源地球物理数据条件下更高效地展示任意位置岩矿石多个物理特性之间的空间关系,为多源地球物理数据的三维可视化提供技术支撑.     

三维地震数据可视化原理及方法

可视化是实现三维地震数据真三维解释的有效方法,本文介绍了三维地震数据可视化的基本原理,论述了用光线投射算法实现可视化的主要步骤,详细推导了合成可视化图像的计算公式,分析了阻光度曲线的物理意义及对可视化图像的调节作用,并用两个实际三维地震数据进行了试验.结果表明该方法能够由原始三维地震数据直接对地质体进行成像,能将分散的、孤立的信息互相联系起来,揭示隐藏在数据中的地质现象和规律.     

基于VTK的医学图像系统研究

医学三维数据场可视化是当前科学计算可视化应用的重点。本文论述了可视化工具包VisualizationToolkit(VTK)的主要特点,介绍了三维医学可视化系统实现的原理和方法。根据一系列人体断面图像,应用VTK实现了三维医学图像重构,对重构后的三维图像进行解剖分析;并实现对人体的二维图像逐帧浏览及柱状统计。实验结果表明,VTK具有使用灵活,功能强大的优点,是医学三维数据场可视化的有力工具。     

欢迎订阅《中国体视学与图像分析》

《中国体视学与图像分析》是经国家出版署批准,中国科学技术协会主管、国家一级学会——中国体视学学会主办,全面反映中国体视学理论和图像应用技术研究的学术性和技术性综合刊物。主要报道国内外有关三维结构与图像的定量分析和表征的最新理论与方法,内容涉及体视学、图像分析、三维视觉、三维建模、三维成像与可视化、     

一种辐射成像三维可视化系统的实现

辐射成像技术在医疗诊断、无损检测和工业探伤领域有着重要的应用,三维可视化技术与辐射成像技术的结合有助于帮助人们以更直观和形象的方式对病灶和被检物进行检查,从而提供更为有效的信息和检查结果。本文介绍了一种基于辐射数据而构建的三维可视化系统的实现,通过系统分析和整体设计,模块级的实现、交互控制和界面设计等四个方面阐述了基本思路,对于辐射成像可视化系统的研究有一定的借鉴意义。     

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活断层探测成果的三维可视化

城市地震活断层的探测应用了多个学科(地球物理学、地球化学、地质学、地震学、大地测量学、遥感等)中的多种不同方法,形成了类型、格式各异的三维地质空间的探测成果数据。文中以乌鲁木齐目标区为研究实例,提出了一套活断层探测成果的三维可视化方法,并综合显示在ArcGIS扩展模块3DAnalyst提供的三维空间交互环境中,为活断层探测成果的三维综合分析奠定了基础     

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基于数据增广和CNN的地震随机噪声压制

卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)是一种基于数据驱动的学习算法,简化了传统从特征提取到分类的两阶段式处理任务,被广泛应用于计算机科学的各个领域.在标注数据不足的地震数据去噪领域,CNN的推广应用受到限制.针对这一问题,本文提出了一种基于数据生成和增广的地震数据CNN去噪框架.对于合成数据,本文对无噪地震数据添加不同方差的高斯噪声,增广后构成训练集,实现基于小样本的CNN训练.对于实际地震数据,由于无法获得真实的干净数据和噪声来生成训练样本集,本文提出一种直接从无标签实际有噪数据生成标签数据集的方法.在所提出的方法中,我们利用目前已有的去噪方法从实际地震数据中分别获得估计干净数据和估计噪声,前者与未知的干净数据具有相似纹理,后者与实际噪声具有相似的概率分布.人工合成数据和实际数据实验结果表明,相较于F-X反褶积,BM3D和自适应频域滤波算法,本文方法能更好地压制随机噪声和保护有效信号.最后,本文采用神经网络可视化方法对去噪CNN的机理进行了探索,一定程度上解释了网络每一层的学习内容.     

Three-dimensional geological modeling and its application in Digital Mine

The 3D geological modeling is the prerequisite and core foundation for Digital Mine. Although this new technology brings new opportunities and motivation for the mineral exploration industry, it still has many difficulties to be solved in this area. Based on the characteristics of mine data and the aim of Digital Mine construction, this paper introduces a theory including multi-source data coupling, multi-modeling methods integration, multi-resolution visualization and detection, and multidimensional data analysis and application. By analyzing problems such as the uncertainty in each step of the modeling process, we designed a novel modeling method that can be applied to the complex geological body modeling, mineral resource/reserve estimation, and the mining exploration engineering. Along with the process of mine exploration, development, and reclamation, 3D modeling undergoes the process of “construction-simulation-revision” during which the 3D model is able to be dynamically updated and gradually improved. Based on the result of practical utilization, it is proven that the methodology introduced by this paper can be used to build an effective 3D model by fully using the mining data under the control of spatial information quality evaluation. Our experiments show that such a 3D model can be used to evaluate the mine resource and provide the scientific evidence to improve mining efficiency during the various stages of evolvement process in mine.     

从20年国际地学计划中看地震观测台网与现代数字地震仪的发展

本文简要介绍现今国际地球科学观测的现状和最新动向．最近20多年来由于地震台网、台阵理论的发展以及数字宽频带地震观测技术在一系列国际地学计划的广泛使用,使人类对地球的了解在深度、广度和精度上都取得巨大进步．并用大量统计数据说明了现代地震观测中数字地震仪器的使用情况、国际上主流地震检波器及采集器的性能及其相关问题,以期对我国未来各类地震台网的设计以及台网在观测能力和数据质量上与国际接轨提供有用的线索。     

廊坊市活断层探测数据管理系统

根据政府和社会公众实际需求,基于以往廊坊地区基础地理资料和活断层探测工作成果资料,采用GIS技术、三维可视化技术及网络技术,建成廊坊市活断层探测数据管理系统,具有建库、存储、分析、管理、三维显示和应用等强大功能,可实现活断层信息的科学管理,为城乡规划、地震应急、土地利用、重大工程选址提供信息服务。     

Geoscience knowledge graph in the big data era

Since the beginning of the 21 st century, the geoscience research has been entering a significant transitional period with the establishment of a new knowledge system as the core and with the drive of big data as the means. It is a revolutionary leap in the research of geoscience knowledge discovery from the traditional encyclopedic discipline knowledge system to the computer-understandable and operable knowledge graph. Based on adopting the graph pattern of general knowledge representation, the geoscience knowledge graph expands the unique spatiotemporal features to the Geoscience knowledge, and integrates geoscience knowledge elements, such as map, text, and number, to establish an all-domain geoscience knowledge representation model. A federated, crowd intelligence-based collaborative method of constructing the geoscience knowledge graph is developed here, which realizes the construction of high-quality professional knowledge graph in collaboration with global geo-scientists. We also develop a method for constructing a dynamic knowledge graph of multi-modal geoscience data based on in-depth text analysis, which extracts geoscience knowledge from massive geoscience literature to construct the latest and most complete dynamic geoscience knowledge graph. A comprehensive and systematic geoscience knowledge graph can not only deepen the existing geoscience big data analysis, but also advance the construction of the high-precision geological time scale driven by big data, the compilation of intelligent maps driven by rules and data, and the geoscience knowledge evolution and reasoning analysis, among others. It will further expand the new directions of geoscience research driven by both data and knowledge, break new ground where geoscience, information science, and data science converge, realize the original innovation of the geoscience research and achieve major theoretical breakthroughs in the spatiotemporal big data research.     

Automated contact angle estimation for three-dimensional X-ray microtomography data

Multiphase flow in capillary regimes is a fundamental process in a number of geoscience applications. The ability to accurately define wetting characteristics of porous media can have a large impact on numerical models. In this paper, a newly developed automated three-dimensional contact angle algorithm is described and applied to high-resolution X-ray microtomography data from multiphase bead pack experiments with varying wettability characteristics. The algorithm calculates the contact angle by finding the angle between planes fit to each solid/fluid and fluid/fluid interface in the region surrounding each solid/fluid/fluid contact point. Results show that the algorithm is able to reliably compute contact angles using the experimental data. The in situ contact angles are typically larger than flat surface laboratory measurements using the same material. Wetting characteristics in mixed-wet systems also change significantly after displacement cycles.     

ArcGIS三维可视技术在山区水库库盘选址中的应用

介绍了利用ArcGIS系统的三维分析模块实现山区水库项目选址的三维可视化。基于GIS、航测、水工设计等基础资料,通过多个软件工具处理数据,在ArcGIS系统下整合与分析。最终实现了库区的三维地形漫游、水库蓄水、淹没等三维动态过程,为论证工程规模与工程选址提供决策依据。     

On three-dimensional geological modeling and visualization

3D geological modeling and visualization are the key technique issues to implement the plan of 揇igital Earth? At present, the major difficulties in 3D geo-logical modeling are as follows[1—5]: (1) 3D spatial data are difficult to acquire. What 3D geological modeling of complex objects and visu-alization depend on is the original data. However, it is very difficult to establish 3D complex geological models when the sampled data are sparse and insuffi-cient, the seismic profile data are lack…