基于Visvalingam-Whyatt改进算法的线要素化简

线要素化简对空间数据存储、传输和表达具有重要意义。现有方法的化简效率和空间关系维护是一个矛盾体,为提高化简效率的同时解决化简结果中线要素自相交问题,提出基于Visvalingam-Whyatt改进算法的线要素化简方法。以排序列表键值对的形式记录有效面积和节点标识,再利用给定的保留节点数重新构建线要素,在重构过程中逐点进行自相交判断,并通过前插或移除节点的方式解决自相交问题。以1∶100万比例尺的海南岛海岸线为研究对象进行化简实验,结果表明本文所提算法能够解决线要素自相交问题,且具有较高的化简效率。该方法可为其他线要素化简算法提供自相交解决思路。     

基于客观方法的海洋三维涡旋核心线提取

涡旋核心线是海洋中尺度涡旋结构的重要组成要素,涡旋核心线提取和可视化对于切入中尺度涡三维结构研究、开展海洋物质能量垂直运输分析具有重要意义。本文基于客观参考框架和准则,提出了使用客观化的流场参数得到区域,并提取其山谷线作为涡旋核心线的方法,实现了对海洋三维结构中尺度涡旋核心线的提取和可视化。首先,引入了最优局部参考系,使速度、速度梯度等测度转换为在运动的参考系下保持不变的客观量,提升了在海洋科学实践中的可靠性和实用性。其次,针对含有垂向速度的海洋三维流场数据,计算其空间雅可比矩阵,展示了涡旋核心区域的三维结构,实现了海洋涡旋研究从二维到三维的提升。最后,分别在多个半径大小播撒流线种子点,分析不同旋转方向的涡旋,对已提取的涡旋核心线实验结果进行验证,证明了客观海洋三维涡旋核心线提取方法的有效性及可行性。     

基于神经网络的全球三维温盐场重构技术研究

文章利用果蝇优化广义回归神经网络算法FOAGRNN (fruit fly optimization algorithm, FOA; generalized regression neural network, GRNN)对SODA (simple ocean data assimilation)再分析数据进行训练, 构建海表温度、盐度、海面高度与次表层温盐场之间的投影关系模型, 并在全球范围使用SODA和卫星遥感数据评估了模型的应用性能。首先, 利用独立的2016年SODA海表数据作为模型输入进行理想重构试验, 结果显示全球重构温、盐平均均方根误差(MRMSE)分别为0.36℃和0.08‰, 与世界海洋图集WOA13资料相比减小约50%和60%。然后, 利用卫星观测的海表信息作为模型输入进行实际应用试验, 并与Argo观测剖面进行比较评估。试验结果表明, 重构模型能有效表征海水温、盐特征, 其中重构温、盐MRMSE分别为0.79℃和0.16‰, 相比WOA气候态减小27%和11%。误差的垂向分布显示, 重构温度RMSE从海表向下迅速增大, 至100m达到峰值1.35℃, 而后又迅速回落,至250m处为0.81℃, 跃层往下不断减小; 重构盐度RMSE基本随深度增大而减小, 误差峰值位于25m附近, 约为0.25‰。此外, Argo浮标跟踪分析和区域水团统计结果也表明模型能够较好地刻画海洋三维温盐场的内部结构特征。     

基于Argo剖面和SST以及SLA数据重构三维网格温度场

基于2004年1月—2017年4月的Argo剖面数据和SST数据,采用客观分析方法,构建出三维网格温度初始场,再采用回归分析方法统计出海面高度异常与三维网格温度初始场之间的相关关系,最后利用高分辨率的海面高度异常信息重构三维温度分析场。在西北太平洋区域构建了0.5°×0.5°的月平均三维温度分析场,垂向分辨率5 m(5～300 m)和10 m(300～700 m)。通过与BOA_Argo和EN4的逐月平均温度数据的时空分布对比分析表明:所构建的温度场能够较为真实地反映海洋温度场的垂向结构变化特征,能将SST信号的特征反映到混合层,并且能反映下层水团变化过程和特征。该分析场可以用于研究下层中小尺度温度变化特征,也可以作为模式初始场改进模式对海洋下层温盐的模拟结果。     

双物源条件下水槽沉积模拟实验结果的三维重构

水槽沉积模拟实验为研究砂体的形成、分布及演变规律提供了一种直观有效的手段。通常对模拟结果进行二维切片,通过若干二维切片研究砂体在三维空间的展布。为了直接在三维空间研究砂体的分布规律,在双物源条件下水槽沉积模拟结果二维切片的基础上,提出了一种砂体三维重构的方法。具体做法是:首先以高精度的方式对水槽模拟砂体进行解剖,利用商业化建模软件对获取的二维剖面图像进行坐标配准;然后对识别出的砂体进行数字化;利用数字化的结果作为条件数据,采用建模算法进行砂体的三维重构。结果表明,三维重构后的模型更好地再现了不同物源方向砂体在三维空间的形态和分布特点,为地下储层砂体分布的预测提供了参考。     

基于Open Inventor的地层三维可视化

地震解释成果数据作为三维地层的数据来源,对其进行预处理并插入断层线约束,最终构建成三角网格曲面.利用三维图形软件开发包Open Inventor,在Net平台上采用C#开发语言将建模之后的三角网数据进行三维动态显示.实现了地层数据、断层数据、井数据的综合展示和交互,具备一定的独立性和较好的通用性,可以很好地服务于地质研...     

基于计算机断层扫描技术重构三维生物扰动构造——以长江口现代沉积为例

生物扰动作用能够加速水层与底质的物质交换,对水层和底质的耦合作用有着重要的影响。受限于观测手段和观测方法,当前对于生物扰动构造的研究多停留在定性-半定量化的阶段。本文选取长江口现代沉积区的4个沉积物柱状样,利用计算机断层扫描技术对生物扰动构造进行三维重构,运用数字图像处理实现生物扰动强度的定量表征,对研究区域生物扰动构造发育的影响因素进行初步分析。结果表明：CT（computed tomography）值与沉积物粒级构成和含水率具有一定关系,能够较好地指示沉积物密度变化;该区出现挖掘构造、觅食虫孔构造、逃逸虫孔构造、生物遗迹构造等显性扰动构造类型,生物扰动强度介于0%-10%,扰动强度极大值出现在长江水下三角洲前三角洲和陆架过渡区,垂向上以及不同站位生物扰动构造差异显著;底质沉积物类型、上覆水团性质以及沉积速率是影响该区生物扰动构造发育的主要因素。     

基于骨架线的Douglas-Peucker算法改进

针对Douglas-Pecuker算法中以垂直距离为化简指标的不足,提出了以骨架线为化简指标的改进算法.在对曲线凸凹顶点识别基础上,通过三角网的构建实现了凸点到基线的骨架线的提取,结合Douglas-Peucker算法的一般步骤,进行了曲线化简实验和方法的比较,验证了改进算法在保持线要素形态特征上的合理性.     

一种实体嵌入的三维海浪可视化方法

针对实体嵌入对海面的随机干扰问题,提出一种海浪三维可视化方法。该方法采用扰动的思想改进了海浪的数学模型,并利用信息更加全面的方向谱描述海浪,进而将方向谱和改进海浪模型共同应用于海浪的三维可视化,形象展示实体嵌入时对海浪的随机性影响,并给出了三维实体的建模方法。通过多组实体嵌入的海浪可视化仿真试验的比较与分析,验证了本文提出方法的有效性。     

基于YOLO算法的海洋中尺度涡三维结构构建

海洋中尺度涡是一种常见的中尺度海洋现象,研究海洋中尺度涡的分布及运动特性对航运、气候、军事等具有重要作用,海洋中尺度涡的识别是海洋学和计算机科学领域的一个热门研究课题。运用深度学习的方法和框架,对中尺度涡的二维识别和三维结构构建展开研究分析。首先,获取全球海洋再分析数据并进行流线可视化,构建涡旋流线数据集;其次,利用YOLO v5s卷积神经网络对涡旋流线数据集进行训练,并对南海区域中尺度涡进行有效检测。实验结果表明,YOLO v5s训练后得到最优模型经过测试,平均检测精度均值达到了86.10%;最后,根据涡旋检测结果,对检测出的同时刻不同深度的涡旋判断是否属于同一涡旋,确定后进行该涡旋的三维结构构建。     

Direct 3D对象的创建与渲染

介绍了使用Direct3D创建和渲染3D对象的一般过程，提出了纹理的Alpha混合功能、设置深度缓冲状态等增强场景逼真效果的优化方法，实现了景观的三维显示。     

机器学习在基于点云的三维物体识别领域的研究综述

随着机器学习算法的不断更新发展,加之其良好的适应性、准确性及鲁棒性,在三维物体识别领域获得了广泛的应用,成为当前点云处理的研究热点.首先,本文对三维物体点云数据识别及机器学习的发展应用进行归纳.然后,从特征选择、特征提取、特征识别三个方面,进行分析总结.最后,指出机器学习在基于点云的三维物体识别领域的应用目前所面临的挑...     

基于平行立体视觉技术的海底立体摄像系统研究

计算机视觉经过几十年的发展,被广泛应用于社会各个领域,其核心是研究仿人类视觉从二维投影图像恢复三维景物世界的技术理论。尽管视觉计算理论数学方法上可行,但针对不同的应用需要,其数学算法实现上有所不同。结合应用于大洋海底资源勘查的"海底立体摄像系统"的研制,提出利用平行立体视觉理论实现从摄像图像重构三维海底微地形的技术方法。包括立体摄像机的研制要点、立体图像匹配、图像数据预处理、海底地形三维反演算法等,并对双目立体视觉技术的发展和应用提出了新的认识。     

海底管道检测与三维点云重建算法

随着海底油气管道的铺设规模越来越大,为防止管道油气泄漏而导致人员伤亡和财产损失,海底管道的日常巡检尤为重要。提出一种基于多波束点云的海底管道检测与三维重建算法,利用高频多波束声纳对水下管道进行成像,对声纳图像采用经典边缘检测算法检测管道边缘,得到相应的点云数据,将点云数据拼接成一组完整的空间点云集合,对点云集合进行三维重建。通过水池试验结果证明,提出的算法流程能够有效地实现水下管道的检测与三维重建,具有较好的工程应用前景。     

利用Direct3D的地形三维快速重建方法

在视口数据检索之后，视口重建效率成为了影响地形数据三维重建和显示速度的主要因素，视口重建与可利用的开发平台资源密切相关。在剖析Direct3D硬件访问方式的基础上，提出了一套完整的DEM快速重建方法。实验结果表明在相同的条件下，基于Direct3D的视口重建具有明显的速度优势。     

基于全局性极小化二维反投影误差的射影重建方法

建立1种新的射影重建方法。该方法以全局性极小化射影三维空间点的二维反投影误差平方和为准则,相对于缩小SVD反投影误差的方法,具有更为明确合理的物理意义。实现过程是以奇异值分解为基本工具的分步线性迭代计算,避免了传统射影重建方法复杂的非线性优化环节。它无需估计投影深度,避免了基础矩阵计算的复杂性问题,因而也不受相机特殊运动的限制。文中利用虚拟物体图像和真实物体图像进行了实验验证,证明该方法具有计算简单、准确性和鲁棒性高等方面的特点,具有较高的实用价值。     

三维点云数据拼接中ICP及其改进算法综述

ICP算法是三维点云数据精确拼接过程中的主流算法.文章对目前国内外ICP及其各种改进算法的发展现状进行了系统地分析与研究.将ICP算法分为4个主要阶段:(1) 对原始点云数据进行采样;(2) 确定初始对应点集;(3) 去除错误对应点对;(4) 坐标变换的求解.分别对各个阶段中典型方法的基本思想和关键技术进行了分类与分析,并在精度与效率等方面对这些算法进行了比较.最后对目前算法研究中的难点问题及未来的研究重点进行了展望.     

三维激光扫描技术在数字城市中的应用

三维激光扫描技术具有精度高、速度快、真实感强、数据量大、作业安全等众多优点,应用领域日益广泛。通过三维激光扫描仪对建筑物进行扫描作业和数据处理,建立建筑物的三维模型,并以Leica的ScanStation2地面三维激光扫描仪为例,讨论激光扫描仪在数字城市中的应用。     

Design of a 3D Chirp Sub-bottom Imaging System

Chirp sub-bottom profilers are marine acoustic devices that use a known and repeatable source signature (1–24 kHz) to produce decimetre vertical resolution cross-sections of the sub-seabed. Here the design and development of the first true 3D Chirp system is described. When developing the design, critical factors that had to be considered included spatial aliasing, and precise positioning of sources and receivers. Full 3D numerical modelling of the combined source and receiver directivity was completed to determine optimal source and receiver geometries. The design incorporates four source transducers (1.5–13 kHz) that can be arranged into different configurations, including Maltese Cross, a square and two separated pairs. The receive array comprises 240 hydrophones in 60 groups whose group-centres are separated by 25 cm in both horizontal directions, with each hydrophone group containing four individual elements and a pre-amplifier. After careful consideration, it was concluded that the only way to determine with sufficient accuracy the source–receiver geometry, was to fix the sources and receivers within a rigid array. Positional information for the array is given by a Real Time Kinematic GPS and attitude system incorporating four antennas to give position, heading, pitch and roll. It is shown that this system offers vertical positioning accuracy with a root-mean-square (rms) error less than 2.6 cm, while the horizontal positioning rms error was less than 2.0 cm. The system is configured so that the Chirp source signature can be chosen by software aboard the acquisition vessel. The complete system is described and initial navigational and seismic data results are presented. These data demonstrate that the approach of using fixed source-receiver geometry combined with RTK navigation can provide complete 3D imaging of the sub-surface.