空间场景中传感器探测能力的可视化方法

为了有效地在空间场景中表现各种类型传感器的侦察探测能力,提出了一种通用的可视化方法.根据传感器类型定义其探测范围表面;由于描述传感器探测范围的曲面具有公共顶点,因此将其离散为可以利用射线进行描述的三角形;解决了这种可视化方式涉及到的关键技术,包括离散射线与地球球面交点和切点的计算、不同显示类型下绘制策略的设计、基于一维纹理的脉冲效果实现等.按组件对象模型规范设计实现了传感器组件,并成功应用到空间场景可视化控件中.     

多风格融合的复杂森林场景自适应可视化

为了保证森林场景可视化时的真实感,同时保持动态森林场景生成时间的恒定性,本文提出了一种多风格融合的复杂森林场景自适应可视化方法。该方法利用基于视距的模型分布函数来控制树木模型的分布比例,从而建立多风格融合的森林可视化模型;在此基础上,根据复杂森林场景中树木生长模型的计算时间、三维树木绘制时间的估算结果,以及树木的视觉重要性,确定生成森林场景的最佳方案。该方法能够使复杂动态森林场景的生成时间保持较好的稳定性,并且在可视化过程中根据仿真效果动态调整绘制策略。为了验证该方法的有效性和实用性,在动态生长的森林仿真场景中对本文的方法进行了实验和应用。应用结果表明,多风格融合的森林场景自适应可视化方法能在保证森林场景可视化真实感的基础上,有效地提升复杂森林场景的绘制速度,使森林场景的快速漫游具有更好的稳定性和流畅性。     

Web-based visualization of spatial objects in 3DGIS

Adaptive rendering large and complex spatial data has become an important research issue in a 3DGIS application. In order to transmit the data to the client efficiently,this paper proposes a node-layer data model to manage the 3D scene. Because the large spatial data and limited network bandwidth are the main bottlenecks of web-based 3DGIS,a client/server architecture including progressive transmission methods and multiresolution representations,together with the spatial index,are developed to improve the p...     

BADF: Bounding Volume Hierarchies Centric Adaptive Distance Field Computation for Deformable Objects on GPUs

We present a novel algorithm BADF (Bounding Volume Hierarchy Based Adaptive Distance Fields) for accelerating the construction of ADFs (adaptive distance fields) of rigid and deformable models on graphics processing units. Our approach is based on constructing a bounding volume hierarchy (BVH) and we use that hierarchy to generate an octree-based ADF. We exploit the coherence between successive frames and sort the grid points of the octree to accelerate the computation. Our approach is applicable to rigid and deformable models. Our GPU-based (graphics processing unit based) algorithm is about 20x--50x faster than current mainstream central processing unit based algorithms. Our BADF algorithm can construct the distance fields for deformable models with 60k triangles at interactive rates on an NVIDIA GTX GeForce 1060. Moreover, we observe 3x speedup over prior GPU-based ADF algorithms.     

多孔介质3维孔隙空间的隐式曲面造型方法

多孔介质中孔隙空间的结构描述和问题求解是许多复杂形态实体微观分析和科学计算的基础,而实际的多孔介质孔隙空间结构由于异常复杂,采用简单的造型方法往往不能满足绘制和进一步计算的要求。为此,针对自然岩石核磁共振的3维体数据,提出了一种适用于多孔介质孔隙空间的造型方法。该方法首先通过最大球方法识别体数据中的孔隙空间,然后根据孔隙的层次关系和连通关系,通过建立孔隙空间的孔洞-网络模型来描述孔隙空间的拓扑结构,并结合隐式曲面造型方法来构造多孔介质孔隙空间的模型。将该方法运用到自然岩石的3维图像分析中的实验结果表明,该方法不仅使得多孔介质孔隙空间的复杂拓扑结构得以保留,而且保证了重建曲面的光滑性。     

由点云数据重建的隐式曲面的可视化算法

针对由点云数据重建的隐式曲面提出一种新的基于粒子系统的可视化算法。首先,基于平行线束的初始化方法在隐式模型表面找到均匀分布的采样点,避免原来粒子系统中的分割-死亡过程;用共轭梯度法替代原来粒子系统中的梯度下降法作为优化算法,将每一个椭圆粒子累进移动到低能量状态,避免了较长的收敛时间和围绕最小值的摆动现象;用贪婪选择法选择能够覆盖整个曲面的且不产生空洞的活动子集;松弛过程进一步改善依赖曲率的各向异性粒子采样。本文的粒子专门为基于Splats的表示法而设计,可以直接转换为椭圆Splats而不需要任何改动。因此,本算法可以快速、高质量地绘制出复杂隐式曲面模型。     

一种针对复杂3D物体碰撞检测的算法改进

碰撞检测是虚拟现实世界的一个关键问题。该文对常用的碰撞检测算法进行分析比较,针对普遍采用的两步算法,综合运用AABB树和规则空间划分算法,提出一种用于复杂的虚拟空间三维运动物体的碰撞检测改进算法。算法分成三步,每一步都排除不可能碰撞的元素。实验结果表明:该算法提高了碰撞检测性能,能满足复杂3D物体碰撞检测准确、快速的要求。     

森林场景可视化和林火模拟仿真技术研究综述

森林是生态环境系统的重要组成部分。随着气候变暖,恶劣气候气象条件造成全球森林火灾频繁发生,给国民经济和消防救援带来巨大挑战,森林火灾已成为全球主要的自然灾害。因此,森林场景可视化建模、3维场景仿真、林火模拟仿真、火场复现、预测和灾害评估成为林业虚拟仿真研究热点。本文对树木形态结构建模技术、森林场景大规模重建和实时渲染、森林场景可视化、林火模型和林火模拟仿真等前沿技术和算法进行综述。对相关的林木、植被的形态结构表达和真实感可视化建模方法进行归纳分类,并对不同可视化方法的算法优劣、复杂度、实时渲染效率和适用场景进行讨论。基于规则的林木建模方法和基于林分特征的真实场景重建方法对大规模森林场景重建技术进行分类,基于物理模型、经验模型和半经验模型对森林火灾的林火模型、单木林火、多木林火模拟和蔓延进行总结,对影响林火蔓延的不同环境气象因子（如地形地貌、湿度、可燃物等）和森林分布对林火发生、扩散和蔓延的影响进行分析,对不同算法的优劣进行对比、分析和讨论,对森林场景可视化和林火模拟仿真技术未来的发展方向、存在问题和挑战进行展望。本文为基于森林真实场景的森林火灾模拟仿真和数字孪生沉浸式互动模拟系统的构建提供了理论方法基础,该平台可以实现森林场景快速构建、不同火源林火模拟、火场蔓延模拟仿真以及不同气象影响条件的火场预测,可对森林火场救援指挥、火场灾害评估和火场复原提供可视化决策支持。     

体视化中LOD技术思想的应用与实现

在真实感图形学研究中,复杂模型的实时绘制与动态显示是研究的热点之一.细节层次是实时图形生成的一项重要技术.细节层次模型是指对同一个场景或场景中的物体,使用具有不同细节的方法得到一组模型,供绘制时使用.建立细节层次模型能很有效地降低数据量和复杂度,实现三维场景的实时处理.针对光线投射绘制算法图像质量高,但是速度较慢的特点,提出将LOD技术思想引入到光线投射算法以改善图像体绘制时的交互性能,该方法为以后在地形可视化、虚拟现实等领域的应用提供了理论依据.     

三维表面模型的快速切割算法

讨论了一个三维表面模型的快速切割算法.由改进的MC(marching cubes)方法抽取、构成了连续曲面的分组信息以及构成曲面的三角面片的层次包围盒信息，并利用记录了上述信息的B+树模型,完成了三维表面模型的快速切割算法.讨论的算法通过充分发掘和利用MC算法中所隐含的三角面片的包围盒信息和物体各部分间的三维相关信息，在对三维表面模型进行切割计算时,可以快速定位交点，并且根据交点信息，不必遍历模型的所有三角面片，而直接完成对整个被切割模型的分割.研究背景是髋关节整型手术中平面手术刀及球面手术刀对髋关节的切     

Detection and typification of linear structures for dynamic visualization of 3D city models

Cluttering is a fundamental problem in 3D city model visualization. In this paper, a novel method for removing cluttering by typification of linear building groups is proposed. This method works in static as well as dynamic visualization of 3D city models. The method starts by converting building models in higher Levels of Details (LoDs) into LoD1 with ground plan and height. Then the Minimum Spanning Tree (MST) is generated according to the distance between the building ground plans. Based on the MST, linear building groups are detected for typification. The typification level of a building group is determined by its distance to the viewpoint as well as its viewing angle. Next, the selected buildings are removed and the remaining ones are adjusted in each group separately. To preserve the building features and their spatial distribution, Attributed Relational Graph (ARG) and Nested Earth Mover’s Distance (NEMD) are used to evaluate the difference between the original building objects and the generalized ones. The experimental results indicate that our method can reduce the number of buildings while preserving the visual similarity of the urban areas.     

网络拓扑可视化类库TopVisLibrary的设计与实现

以信息可视化参考模型为基础,分析了网络拓扑可视化过程中的主要操作及数据形态变化,并以此为依据,建立了网络拓扑可视化对象模型,设计实现了网络拓扑可视化类库TopVisLibrary.该库的编程模型和数据接口简单清晰,有助于灵活搭建不同的网络拓扑可视化应用,同时对其它可视化工具的设计实现有一定的借鉴意义.此外,网络拓扑可视化类库的设计方法也可为其它库的设计提供参考.     

等值面的高质量显示算法实现三维物体表面的重建

介绍了一个能有效消除等值面显示中易出现的锯齿状走样现 象,可以生成非常细腻的三维物体表面图象的等值面高质量显示算法。论述了采用体素级的 等值面直接显示算法实现三维物体表面重构的基本方法。     

Crusta: A new virtual globe for real-time visualization of sub-meter digital topography at planetary scales

Virtual globes are becoming ubiquitous in the visualization of planetary bodies and Earth specifically. While many of the current virtual globes have proven to be quite useful for remote geologic investigation, they were never designed for the purpose of serving as virtual geologic instruments. Their shortcomings have become more obvious as earth scientists struggle to visualize recently released digital elevation models of very high spatial resolution (0.5-1 m²/sample) and extent (>2000 km²). We developed Crusta as an alternative virtual globe that allows users to easily visualize their custom imagery and more importantly their custom topography. Crusta represents the globe as a 30-sided polyhedron to avoid distortion of the display, in particular the singularities at the poles characteristic of other projections. This polyhedron defines 30 “base patches,” each being a four-sided region that can be subdivided to an arbitrarily fine grid on the surface of the globe to accommodate input data of arbitrary resolution, from global (BlueMarble) to local (tripod LiDAR), all in the same visualization. We designed Crusta to be dynamic with the shading of the terrain surface computed on-the-fly when a user manipulates his point-of-view. In a similarly interactive fashion the globe's surface can be exaggerated vertically. The combination of the two effects greatly improves the perception of shape. A convenient pre-processing tool based on the GDAL library facilitates importing a number of data formats into the Crusta-specific multi-scale hierarchies that enable interactive visualization on a range of platforms from laptops to immersive geowalls and caves. The main scientific user community for Crusta is earth scientists, and their needs have been driving the development.     

基于可延迟调度提升实时数据对象时序一致性服务质量算法

针对保证实时数据对象时序一致性调度算法在软实时数据库系统环境下的应用问题,提出了一种基于概率统计的可延迟优化(SDS-OPT)算法。首先,分析和比较了现有算法在可调度性、服务质量(QoS)以及工作负载方面的特征与不足,指出优化现有算法的必要性;然后,利用最速下降法提升作业的执行时间筛选基准值,进而增加实时更新事务可调度的作业数量,以确保实时数据对象的时序一致性服务质量(QoS)最大化;最后,从工作负载和服务质量两个方面对所提算法和现有算法的性能进行对比分析。仿真实验结果表明,相对于已有的针对固定优先级可延迟调度算法(DS-FP)和统计性的非确定性可延迟调度算法(DS-PS),所提算法能够保证实时数据对象的时序一致性,同时降低工作负载,服务质量提升明显。     

基于元素和化学键的快速计算分子体积和表面积的方法

为了快速准确的计算分子的体积和表面积参数,将构成分子的元素和化学键作为贡献单元,基于分子的体积和表面积由相应的元素和化学键的体积和表面积加和得到的思想,提出了估算化合物分子体积和表面积的元素和化学键贡献法。元素视作球体,其体积和表面积由van der Waals半径计算得到,在1412种有机物分子体积和表面积数据的基础上,回归得到化学键对分子体积和表面积的贡献值。结果表明,元素和化学键贡献法计算的分子体积和表面积的平均相对误差分别为2.02%、2.84%,不同化合物类型的平均相对误差均小于5%。与其它分子体积和表面积方法相比较,本方法更简单、快速、准确,应用范围更广。     

生物软组织力反馈触觉建模测试系统研制

设计了一种结构新颖的用于生物软组织力反馈触觉建模的测试系统。阐述了系统结构与工作原理,介绍了系统的机械设计、硬件电路和系统软件。系统采用计算机测量并控制带有力和位置传感器的单自由度机械手,通过插针实验与动物软组织交互得到软组织的力反馈触觉模型。以猪肝为标本进行实验,实验结果和现有的理论模型较为符合,该系统可以用于软组织触觉建模实验研究。     

自适应模糊滑模软切换的PMSM无速度传感器鲁棒无源控制

针对永磁同步电机(PMSM)转速调节和估计问题,提出一种无速度传感器的PMSM调速系统.利用双曲正切函数代替符号函数,设计了自适应模糊滑模软切换控制器,实现了软切换连续控制,削弱了抖动现象.通过设计鲁棒无源控制器,得到了旋转坐标系下的u_d和u_q.建立了自适应滑模观测器,并给出了速度辨识律,观测器的增益通过求解线性矩阵不等式得到.仿真结果表明了该控制策略与观测器配合的有效性,且控制系统具有良好的动、稳态性能.     

复杂负载下数据缓冲区自适应调度方法仿真

传统数据缓冲区调度方法调度时间长、调度结果误差大且不能够完全应对复杂负载问题。因此提出了复杂负载下数据缓冲区自适应调度方法,通过构建模拟数据缓冲区来定义调整的方向,在缓冲数据中,利用操控行为和代替方法之间进行相互不变性推测,获取数据缓冲错失函数;通过引用能力制约条件,将时间分成一些零碎的小片段,利用数据缓冲错失,获取时间约束模型;引入时间约束模型,需要依据时间顺序对事件进行调顺序,结合根据模拟自适应算法所得到的数据,使用雷达资源约束条件能够精准快速地衡量各种数据波束所要求的指令,获取自适应调度模型,为某一个调度间隔选取出最完善的自适应调度方法。通过仿真结果表明:上述方法能够完全应对复杂负载情况的问题,且数据缓冲区自适应调度时间短、调度结果误差小。