一种新的虚拟血管镜自动导航路径生成方法

血管的中心路径提取是虚拟血管镜的重要组成部分, 它提供了自动导航的路径. 本文提出一种新的内窥路径生成方法, 用改进L1中值算法对体素点云化的脑血管数据进行骨架的提取. 首先,对核磁共振成像(Magnetic resonance imaging, MRI)增强血管数据进行基于统计的分割算法进行分割; 其次,对推广的Roberts算子在体素空间分割出的单体素点边界进行体素点的点云化, 生成点云模型; 最后,在点云空间中运用基于法向信息的L1中值算法进行骨架提取. 该过程克服了传统方法在体素中进行骨架提取时对数据缺失、孤点敏感的局限性, 并且对下采样后的点云化数据提取的骨架效率高, 骨架居中性较好, 最终把骨架用作脑血管虚拟内窥的自动漫游路径, 实现自动导航.     

最小旋转标架下的虚拟内窥镜自动漫游方法EI北大核心CSCD

为了准确地提取虚拟内窥镜的漫游路径,消除漫游过程中视觉上的画面旋转的现象,提出一种结合骨架提取与路径优化的虚拟内窥镜自动漫游方法.首先采用一种基于体素密度值加权的最短路径生成算法,在细化后的三维医学影像数据初始骨架上提取简单漫游路径;然后采用三次B样条曲线拟合方法得到最终的漫游路径;在沿此路径漫游时,通过计算最小旋转标架来优化虚拟摄像机的向上矢量,并设定向上矢量角度旋转阈值对漫游路径进行动态重采样,优化虚拟摄像机的位置参数.实验结果证明,该方法能提取准确的虚拟内窥镜漫游路径,并能获得较好的漫游视觉效果.     

改进的边界距离变换算法在虚拟内窥镜中应用

为提高虚拟内窥镜实现中提取中心路径的时间效率,改善虚拟内窥镜的实时漫游,边界距离变换算法是提取中心路径的常用算法.上述算法在建立边界距离场和源距离场时非常耗时,故实时性很差.针对建立两个场非常耗时的缺点,提出定义超大数组,建立体素点ID值和体素点在体素点集中位置的一一对应关系,减少在确定体素点位置时对体素集的扫描次数,从而提高算法的效率.实验结果表明,改进后的算法时间效率高,实时漫游效果好,速度快,提取的中心路径漫游效果好,实现了虚拟漫游效果,具有一定的实际应用与理论研究价值.     

建筑CAD及其实时漫游技术

一个完整的建筑造型通常都包含１０几万乃至上百万个多边形,若要在这样的环境中作实时漫游,则必须进行可见性预处理．通常当视点位于建筑物的内部时,只有少数面是可以看见的,而绝大多数面都被遮挡住了．如果能够只对这一小部分面进行消除或渲染处理,就可以大大提高计算速度．本文根据建筑ＣＡＤ的特点探索了一种基于“房间”结构的可见性预处理方法,这种方法速度较快,而且容易实现．在实时漫游中,只需根据预处理结果从视点所在房间的数据结构中提取相关的可见面进行计算,而不需处理整个建筑模型,从而大大提高了实时计算的速度．实践证明,采用可见性预处理技术,在微机上实现快速动态消除,在速度上可以满足实时漫游的需要．     

点集模型的直接可见性测试与基于视点的绘制

点集模型作为一种新兴的三维几何形体表示形式,近年来备受关注.本文运用点集法向计算与凸包构建等技术,对原始点集模型进行直接可视性计算,并利用可见性计算的结果对点集模型进行基于视点的绘制.算法首先对原始模型进行基于视点的精简,剔除大部分不可见点;再对精简后的模型进行球面对称变换,并构建变换后点集的凸包,进而提取出可见点集;最后运用真实感图形绘制技术实现可见点集的快速绘制.实验证明,本文算法能够快速地计算点集模型中采样点的可见性.该算法可应用于点集模型基于视点的绘制与曲面重建,以及点集模型的阴影绘制等领域.     

基于Hessian矩阵的中心路径提取算法

虚拟内窥镜可用来对人体内部管腔结构进行无损检测,在医疗诊断及手术上有着重要意义.要想快速准确地进行虚拟内窥漫游,一个首要的步骤是要先提取出模型的中心线以指导视点的移动.提出了一种基于Hessian矩阵的中心路径提取算法.在距离变换的基础上,先利用Hessian矩阵的几何意义找出中心线的大致形状作为初始路径;然后进行可视性检测以确定最终的路径点,可视球的半径通过Hessian矩阵的特征值自适应地确定;最后用最短路径生成算法得到模型的中心路径.实验结果表明了该算法的有效性.     

基于多线程并行的大规模场景交互漫游研究

针对大规模三维场景的交互漫游,提出了一种基于多线程并行调度解决方案,并给出了相应的交互漫游算法.该方法使用离散层次细节技术结合视点相关的动态连续层次细节选择和过渡的批LOD技术.在预处理阶段,对大规模场景进行分层分块处理;在实时漫游阶段,采用多线程并行技术:绘制线程利用四又树层次进行可见性剔除和视点相关简化获取当前可绘地形,并将其提交给GPU进行绘制.预取线程通过预测视点的位置,从外存预取相关的几何数据并调入内存.将该方法应用于具体实例,取得了良好效果,证明了该并行方法的有效性.     

基于边界距离场的管腔中心路径自动提取算法

首先计算三维空腔目标的精确边界距离场,然后建立基于该距离场的代价最大生成树,最后从生成树中提取中心路径.实验结果表明,精确的边界距离场使得提取的中心路径更加精确,而快速算法的应用提高了该算法的效率,获得的结果可直接用作虚拟内窥镜的漫游路径.     

最小旋转标架下的虚拟内窥镜自动漫游方法

为了准确地提取虚拟内窥镜的漫游路径,消除漫游过程中视觉上的画面旋转的现象,提出一种结合骨架提取与路径优化的虚拟内窥镜自动漫游方法.首先采用一种基于体素密度值加权的最短路径生成算法,在细化后的三维医学影像数据初始骨架上提取简单漫游路径;然后采用三次B样条曲线拟合方法得到最终的漫游路径;在沿此路径漫游时,通过计算最小旋转标架来优化虚拟摄像机的向上矢量,并设定向上矢量角度旋转阈值对漫游路径进行动态重采样,优化虚拟摄像机的位置参数.实验结果证明,该方法能提取准确的虚拟内窥镜漫游路径,并能获得较好的漫游视觉效果.     

基于OpenGL几何变换的虚拟漫游视点控制及应用

灵活自然的视点控制和精确实时的碰撞检测可以大幅提高虚拟漫游系统的真实感.探讨并计算漫游交互基本控制动作中视点位置变化,基于OpenGL中的三维几何变换实现漫游时视点控制,创建八叉树进行碰撞检测,最后在基于粒子系统的土壤可视化漫游中予以应用.漫游效果逼真、实时性强,表明所采用的方法具有一定的科研及应用价值.     

Dynamic Polygon Visibility Ordering for Head-Slaved Viewing in Virtual Environments

This paper presents an approach to visibility called the Viewpoint Movement Space (VpMS) algorithm which supports the concept of dynamic polygon visibility orderings for head-slaved viewing in virtual environments (VE). The central idea of the approach is that the visibility, in terms of back-to-front polygon visibility ordering, does not change dramatically as the viewpoint moves. Moreover, it is possible to construct a partition of the space into cells, where for each cell the ordering is invariant. As the viewpoint moves across a cell boundary typically only a small and predictable change is made to the visibility ordering. The cost to perform this operation represents a notable reduction when compared with the cost of resolving the visibility information from the BSP tree where the classification of the viewpoint with every node plane has to be performed. The paper demonstrates how the subdivision into such cells can represent the basic source for an acceleration of the rendering process. We also discuss how the same supportive data structure can be exploited to solve other tasks in the graphics pipeline.     

基于Vega的虚拟漫游场景中的路径规划研究

针对当前虚拟漫游系统存在的问题,对虚拟漫游场景中两种运动方式进行分析,将避障路经规划中的可视图法进行适当改进,提出了"左右判断法",简化了原有算法的时间复杂度,并将运用扩展到三维空间中。在手动漫游方式下实现了漫游物体的智能"滑行"避障。给出了Vega中这两种运动方式的实现步骤。算法在虚拟空间会议系统中得到了验证。     

大型产品虚拟装配环境的视点漫游技术

针对大型产品虚拟装配环境中的场景漫游问题,提出一种简单且高效的视点运动 控制策略。以认知心理学和人机工程学理论为指导,首先建立人手作业空间,然后对作业空间 进行功能划分,分为对象操作区和视点漫游区,最后在功能分区的基础上建立人手运动感知与 视点运动控制的映射模型。通过实验证明,操作者对大型产品进行虚拟装配的过程中,可以轻 松地利用该方法实现场景漫游,进而实现虚拟环境中对象操作和场景漫游的无缝集成。     

基于单点式力反馈器的虚拟装配研究

针对PHANToM Desktop 力反馈器工作空间狭小的问题,提出改进的动态 空间匹配算法和代理点移出视锥体时的漫游技术。首先分析设备工作空间在三维方向与视锥 体的匹配关系,通过对x、y 和z 轴方向进行空间匹配,实现近视点处操作精度高和远视点 处可视范围大;然后利用映射区外的工作空间进行视点漫游,可以扩展虚拟装配可视范围。 在虚拟装配过程中,实时地计算代理点与零件间的接触力,并反馈给用户,使用户可以感知 零件的几何外形与硬度特性等;同时采取弹簧质点模型计算约束力引导用户进行装配定位。     

基于时空连贯性和几何简化技术的复杂场景快速消隐绘制算法

提出了一个结合层次遮挡图像缓存的快速消隐绘制算法,本算法首先利用空间连贯性对场景实行快速保守的消隐,对可能可见的近景、中景使用几何绘制,对可能可见的远景实现了基于图像和几何混合的加速绘制,实验表明,由于充分利用了空间连贯性和图像简化技术,本算法效果良好,可适合各种复杂度场景的快速绘制。     

Path planning with obstacle avoidance based on visibility binary tree algorithm

In this paper, a novel method for robot navigation in dynamic environments, referred to as visibility binary tree algorithm, is introduced. To plan the path of the robot, the algorithm relies on the construction of the set of all complete paths between robot and target taking into account inner and outer visible tangents between robot and circular obstacles. The paths are then used to create a visibility binary tree on top of which an algorithm for shortest path is run. The proposed algorithm is implemented on two simulation scenarios, one of them involving global knowledge of the environment, and the other based on local knowledge of the environment. The performance are compared with three different algorithms for path planning.     

工业虚拟内窥关键技术研究

工业内窥镜在工业产品内壁缺陷检查中具有诸多局限性,但是利用工业CT对工业产品进行扫描获得数字化的体数据,并采用虚拟内窥镜技术模拟工业内窥镜的检查过程,则具有更大的灵活性。论文简要介绍了工业虚拟内窥镜的成像原理,并重点阐述了工业虚拟内窥镜技术的关键技术：内表面数据获取、虚拟镜头的运动控制、漫游轨迹生成等内容,最后将工业虚拟内窥镜技术应用于实际的工业检查。实验对一个汽车引擎管道进行检查,发现了其内壁的凹坑,并获得了直径为2 mm的细管道的一系列内窥图像。工业虚拟内窥镜不仅可逼真地模拟工业内窥镜,而且解决了工业内窥镜无法解决的难题,并具有可重复性、更强的适应性等优点。     

基于虚拟子目标的移动机器人主动寻径导航

纯粹的反应式导航算法有时会出现“没有远见现象”,为此设计了一种基于行为和虚拟路径子目标的 移动机器人主动寻径导航策略．该策略首先在机器人的局部探测域内运用改进的可视点寻径法寻找最优虚拟子目 标,接着使用行为决策树实现快速的行为决策．机器人将如人类寻路一样,主动地灵巧绕过障碍物,基于圆弧轨迹 的运动方式使之能以平滑的路径到达目标．仿真结果验证了本策略的可行性和有效性．     

基于Cardinal样条曲线的虚拟漫游路径优化

漫游路径不平滑和漫游相机视角方向固定是导致虚拟漫游沉浸感差的主要问题.基于此,提出一种基于Cardinal样条曲线拟合的漫游路径平滑过渡算法,解决漫游中由于漫游路径不平滑造成的视点跳跃问题;提出一种虚拟漫游相机视角方向动态更新算法,实现漫游相机视角方向沿路径方向动态更新,更加符合人们的观察习惯;最后,基于开源场景图形引擎(OpenSceneGraph,OSG)对上述算法进行了实现和实验验证.结果表明,基于所提方法生成的漫游路径平滑、漫游相机视角方向过渡自然,有效提高了漫游的虚拟沉浸感.     

Elemental image array generation method by using optimized depth image‐based rendering algorithm for integral imaging display

We propose an elemental image array (EIA) generation method by using an optimized depth image‐based rendering (DIBR) algorithm. In this method, the EIA is synthesized by the reference and virtual viewpoint elemental images, and the virtual viewpoint elemental images at the given locations are generated by DIBR algorithm. We optimize the existing DIBR algorithm by adaptively repairing the warped depth images in the processing part and extend the generation dimension of the virtual viewpoint elemental images from one dimension to two dimensions. The optimized DIBR algorithm can effectively solve the problem: the low quality of virtual viewpoint elemental images caused by discontinuous depth values and disocclusion regions. We also implement the generations of virtual viewpoint elemental images and EIA in graph processing unit to reduce the time cost. Experimental results show that the proposed method can not only improve the quality of the virtual viewpoint images but also accelerate the generations of the virtual viewpoint elemental images and EIA.