图形处理器上地质模型的快速体素化

基于图形处理器(GPU)上的多目标缓存提出了一种新的地质模型快速体素化算法,可以在GPU上绘制模型的过程中在像素着色器中利用多目标缓存上的逻辑或操作完成模型表面体素化处理,在后处理的屏幕绘制过程中对模型内部进行体素化填充,极大地提高了计算速度,使得大规模地质模型可以在常见GPU平台上得以实时体素化,可以较好地处理模型内部的空腔等问题。针对算法在模型相近表面或微小凹凸处会产生错误的情况,设计了一种基于逻辑异或操作的实体体素化改进算法,使其结果更为快速准确。     

一种三维实体模型的离散表示方法

在计算机中,传统的三维几何模型只能描述表面数据,要描述模型内部属性时,这种模型显得无能为力。体图形学(VolumeGraphics,简称VG)是计算机图形学中新发展起来的一个重要分支。三维模型的体素表示是体图形学中的基本方法,体素化是体图形学中一个不可缺少的前处理过程,其任务是把物体的表面几何形式表示离散成最接近该物体的体素表示形式,产生体数据集。该文将基于Z-buffer扩展的深度缓存原理扩展到x,y,z三个方向上,实现了复杂三维网格模型的体素化表示。实验表明该算法具有很高的执行效率,并且算法的复杂度不依赖于模型的复杂度。     

一种基于八叉树的快速体素化方法

当前的体素化方法大都具有较高的复杂性,计算开销大,对硬件要求高。为了简单快速地实现3D模型的体素化,提出一种基于八叉树的快速体素化方法。首先在使用八叉树进行模型细分的基础上,得到模型表面数据。然后根据表面数据选择多个方向对模型进行逐行扫描。该方法能快速地区分出模型的外部数据和内部数据,最终实现模型的体素化。对不同分辨率下的多种模型的实验结果表明,文中提出的方法能有效地实现快速体素化,具有一定的应用价值。     

改进的基于欧氏距离测度网格模型体素化算法

在基于到网格多边形表面的法矢量函数作为距离标准的体素化算法的基础上，提出以多边形面的最小包围盒作为计算单元，以欧式距离作为测度实现网格模型的体素化，极大地提高了计算速度，使得只能在图形工作站上实现的算法在微机平台上得以实现．针对通常采用Flooding操作判断内外体素、但应用于存在封闭空腔的模型时将会产生错误的情况，设计了一种根据体素标志位序列判断内外体素的算法．     

彩色体三维显示系统上基于GPU的实时均匀体素化算法

为了使基于旋转屏的彩色体三维显示设备在显示动态场景时实时且高分辨率、高质量地实现圆柱体空间彩色体素化,提出了一种基于GPU的算法.首先在长方体空间内完成对三维场景的实时彩色体素化,将生成的数据保存于多张纹理工作表中;然后采取多对多映射的方法对这些工作表进行重采样,得到该场景在圆柱体空间内均匀的彩色体素化结果.实验结果表明,该算法在GPU内完成,达到了实时性要求,并在基于LED旋转屏的体三维显示设备上获得了令人满意的三维虚拟场景再现效果.     

实体模型的多分辨率中轴生成

针对模型降维的需要,提出一种实体模型的多分辨率中轴生成方法.首先根据模型的层次寻找模型中需要细化的部分,并据此对边界进行体素化;其次使用距离蔓延的方法计算多分辨率体素的距离;最后根据体素的距离计算出多分辨率的中轴体素.实验结果表明,该方法可以以低时间空间代价生成高质量的多分辨率中轴.     

STL模型自动镂空的算法与应用

结合体素法无干涉性、偏移法计算量小的优点,提出一种改进的STL模型镂空算法.该算法改进了体素的表达方式,加快了体素的剔除速度,增加了对镂空内腔切片的光顺化处理,能够对任意复杂形状的模型进行正确、快速的镂空.该算法已经成功地应用于快速成形领域,节约了大量昂贵的快速成形原材料、提高了加工速度.     

基于体素模型的3D打印支撑算法

3D 打印技术是通过对材料的逐层堆积来构建物体,但对模型悬空的区域需要添加 支撑结构。支撑结构不仅会造成打印材料的浪费,而且会延长打印时间并对模型外表有所损伤。 为此,提出一种基于体素模型的支撑算法,针对体素化后的模型,分析体素之间的相互支撑作用, 并引入体素支撑能量函数概念和计算方法,计算出需要添加支撑的体素,从而得到需要添加支撑 结构的区域,并由该区域生成支撑结构,之后通过实验对算法进行验证。实验结果显示该算法能 够更加准确地对模型生成支撑,同时,基于体素模型的支撑算法对于模型内部支撑计算,也具有 很好的适用性。     

改进的点到三角网距离快捷算法

针对现有基于体素结构的点到三角网距离算法中存在的可能因未找到最近三角形所在体素而导致计算结果错误,以及较远点距离计算速度慢的问题,对其进行改进,提出准确快捷的基于体素结构的距离算法.首先将每个三角形进行点采样并求出采样点所在体素,得到三角网的体素化结果;对于每个待计算点,通过邻接体素与点距离变化规律寻找三角网包围盒内与该点距离小于某半径值的所有体素,逐渐扩大该半径值直至找到非空体素为止;以找到的体素中最近三角形到该点的距离作为初始距离,再令该半径值等于初始距离与一个适当微小量之和,即可找到与该点最近的三角形,得到准确的距离.实例测试结果表明,文中算法在一般情况下运算速度较快,与现有算法相比,较远点到三角网距离的计算时间明显缩短.     

利用几何求交实现三角网格模型快速体素化

为解决现有的三角网格模型体素化算法存在的体素寻找不全或者体素化效率不高的问题,提出一种快速的三角网格模型体素化算法.该算法分为表面体素化和内部体素化2个步骤:表面体素化使用几何求交方法快速寻找三角形与全部体素的相交多边形顶点,并将这些顶点和与三角形相交的体素一一对应,得到每一个三角形的相交体素,从而得到与三角网表面相交的全部体素;内部体素化使用同时填充内部和外部体素的扫描线种子填充算法,填充过程中使用变长队列,在保持算法的正确性和效率的同时大幅减小算法的空间复杂度.使用三角形数量较多的模型进行高分辨率体素化的实验结果表明,文中算法耗时短,在三角形数量较多时体素化效率显著提高.     

Efficient and effective cage generation by region decomposition

Cage‐based deformation has become a popular method for shape deformation in computer graphics and animation. To edit a shape first requires a cage to be built to envelop the target model which is a tedious work by manual approaches. In this paper, we develop an automatic method to generate the cage for a model using voxelization based decomposition. We first voxelize the input model, and then use the seed filling algorithm to group the inner voxels. By dilating the inner voxel groups, we decompose the model into broad regions and narrow regions. Then we construct partial cages using different strategies and unite them to get a cage. Experiment results demonstrate that our method is effective, efficient as well as robust to model transformation. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

动态障碍物与三维流体交互仿真研究

关于在动态障碍物特性的问题,研究了动态障碍物与流体进行交互的计算机三维仿真,为达到仿真的有效性和高效性要求,提出了算子替代方法并对三维体素进行优化,通过内-外体素化方法对障碍物进行离散,同时指定动态障碍物边界条件,将动态障碍物边界表示成随障碍物移动或变形而变化的压力纹理和速度纹理,从而影响流体网格产生自由滑动。仿真实验证明,方法不仅更适合于GPU的计算模型,而且经过优化后具有更好的仿真速度和稳定性。     

基于八叉树结构的三维体素模型检索

随着VR/AR技术发展以及三维模型的广泛应用,实现三维检索具有越来越重要的现实意义.基于模型的检索较好地保留了模型的空间信息和几何特征,其不仅包含模型的表面信息而且还包含模型的内部属性.但是,基于模型的检索往往存在着高存储、高计算的问题.为了解决该问题,本文研究了三维模型预处理及三维模型表示的方法,提出了一种基于八叉树...     

基于参数的NURBS体体素化与布尔运算

主要讨论基于参数的NURBS体体素化与并、交、差布尔运算.这是一种能比较精确表示NURBS体的体素化算法.NURBS体造型技术主要有蒙皮法、拉伸法与旋转法等.影响NURBS体形状的因素有控制顶点、结点与结点的重度、权因子与基函数次数.     

离散场的一种快速体绘制方法

针对大规模离散数据场的特点,首先给出了三维直线的两种体素化表示方法,然后建立了三维离散直线的基路径,并提出了基于基路径的直接体绘制方法。该方法由于充分利用了射线之间的相关性,所以可明显加速体绘制过程,且对高分辨率离散数据场有普遍的应用价值。     

Novel Geometrical Voxelization Approach with Application to Streamlines

This paper presents a novel geometrical voxelization algorithm for polygonal models. First, distance computation is performed slice by slice on graphics processing units (GPUs) between geometrical primitives and voxels for line/surface voxelization. A novel solid filling process is then proposed to assist surface voxelization and achieve solid voxelization. Furthermore, using the proposed transfer functions, both binary and anti-aliasing voxelizations are achievable. Finally, the proposed approach can be applied to voxelize streamlines for 3D vector fields using line voxelization. The proposed approach obtains desired experimental results.     

多尺度小波分析用于DEM网格数据综合

数字高程模型(DEM)虽已广泛应用于地学、景观以及区域规划等工作，然而在不同尺度下，不同的系统对其数据量的要求是不同的，且数据量将影响系统运行及分析的速度；其次等高线的制图综合也可直接通过数字高程模型数据的综合来实现，为了加快DEM数据综合的速度和保持综合前后DEM数据特征一致性，提出了一种采用小波多尺度分析的方法来进行DEM网格数据综合的方案，并给出了数字高程模型网格数据的综合基本模型。同时对综合以后的可靠性分别从数据量、断面图和曲面面积变化等方面进行了分析。具体实例说明，将多尺度小波分析用于DEM网格数据综合是有效的。