保持视觉特征的LoD模型简化算法研究

在考虑不严重影响画面视觉效果的前期下,提出了保持视觉特征的LoD模型简化算法,该方法能较好地解决复杂地形场景模型引起的绘制视觉失真问题。在保持视觉特征的前提下,引入顶点的曲度特征因子,通过限制狭长三角形的生成和标记色差明显的三角形,很好地保证了模型的几何和纹理特征。通过计算折叠代价的方法减少模型误差累积,有效地解决了影响视觉效果的问题。实验结果表明,在保证视觉特征的前提下,利用半边折叠算法简化模型,实现三维场景的地形绘制。     

城市场景结构感知的网格模型简化算法

针对二次误差测度(QEM)网格简化算法全局几何特征信息损失严重的缺点,提出一种具有结构感知功能面向城市三维模型重建的网格简化算法。该算法顾及城市影像中平面结构特征,以代理平面为全局特征约束条件,使模型在简化过程中全局结构特征更多地被保持,以利于多层次细节模型(LOD技术)、网格优化提速等模型后续操作。以倾斜摄影获取影像生成的初始三角网格模型为试验数据,采用所给算法对其进行网格简化并与QEM算法进行对比。结果表明:所给算法简化精度及简化效率均优于QEM算法。     

三维场景中建筑物模型简化研究进展

对三维建筑物模型进行合理的几何简化,可以在保持视觉效果一致性的前提下,降低其结构复杂度,减小数据规模,从而降低图形渲染压力,改善场景交互体验。三维建筑物模型简化是虚拟地理环境的热点问题之一。介绍了三维建筑物模型简化的重难点问题。根据简化方法特点,从面向几何特征的角度将方法分为基于投影特征的简化、符号化表达、结构特征的简化;从多因素约束的角度将方法分为纹理、语义、用户理解及感知约束下的简化。对不同简化方法的优缺点进行了分类归纳。以构建连续细节层次模型为目标,讨论了三维建筑物模型简化研究的发展方向。     

附加多视线特征约束的城市场景网格模型优化

基于多视立体几何技术重建的城市场景密集点云难免会包含噪声,尤其是在建筑边缘区域,这会导致三维模型在建筑边缘处发生扭曲,缺乏应有的平直锐利性.针对这一问题,该文提出一种三维网格模型优化方法:首先,从多视影像中提取二维线特征,定位建筑模型边缘区域,并构造多视线特征约束;然后,以网格顶点的影像灰度一致性约束和多视线特征约束作...     

融合纹理信息的实景三维模型简化算法

针对二次误差测度(QEM)网格简化算法难以保留局部细节特征的缺点,该文提出了一种融合纹理信息的网格简化算法.该算法通过高斯滤波和拉普拉斯运算对纹理贴图预处理来获取像素点的纹理高低值,并以此改变边折叠代价来优化简化效果,从而有效保留三维网格模型的细节特征,助于多层次细节特征等后续操作.该文依据倾斜摄影获取影像构网生成的三维网格数据为试验数据,采用该文算法进行试验,并与传统QEM算法比较.结果表明,该文算法简化效率及简化精度均高于QEM算法.     

面向个人移动平台的室内三维模型数据重构研究

针对室内三维导航的需求及个人移动平台资源、计算能力有限之间的矛盾,在顾及三维模型渲染质量和效率的基础上,从模型轻量化的角度,采用数据库技术,构建了针对三维实体模型数据的SLMATV数据组织和管理方案(场景-模型层-模型-外观-三角形-顶点),该方案通过合理的数据重构和数据优化,部分采用以空间换时间的策略,有效降低了数据冗余,提升数据传输和绘制的效率,降低计算开销,为高逼真度的三维模型可视化绘制奠定了数据基础和数据保证。实例测试表明,该方案可以有效实现三维实体的轻量化建模,可在保证渲染效率和质量的基础上,为移动平台室内三维应用提供可视化的数据源。     

基于顶点聚类的多纹理三维模型简化算法

基于顶点聚类,本文提出了一种针对COLLADA规范的多纹理三维模型简化算法。首先介绍了COLLADA模型标准;其次介绍了算法步骤,着重介绍了基于顶点聚类的模型简化算法的思想和重点内容,特别是简化后的几何元素与纹理贴图的重新映射;最后通过实验证明,采用该算法化简的模型能够较好地保持原三维模型的可视化效果,特别对多模型的三维场景,既压缩了数据量,又基本保留了三维场景的整体轮廓,在实际应用中可以提高三维场景可视化的效率。     

带线约束的摄影测量网格变分精化算法

针对城市场景三维重建模型在有线特征的边缘区域过于平滑的问题,提出一种带线约束的摄影测量网格变分精化方法。算法以初始重建网格模型为基础,引入3个能量项,将网格精化问题转化成能量下降问题。首先结合所有的影像信息构建影像一致性约束项,然后对网格表面顶点附加正则化约束,最后引入三维线特征约束,将3个能量项加权相加后离散化到每个顶点,得到梯度变化值。采用梯度下降法,使顶点沿着梯度方向移动,当能量不再下降或迭代一定次数时,即得到了精化后的网格模型。试验结果表明,本文算法能较好地保持边缘特征,与现有的泊松重建算法相比,网格的质量更高,视觉效果更好。     

一种顾及多重约束的三维地形简化方法

三维模型在许多领域内均有着越来越深入的应用,为保证三维模型在不同存储空间、不同图形绘制能力、不同显示分辨率的终端电子设备上显示的统一性和一致性,在很多情况下需要对三维模型进行适度的简化。对于三维地形而言,纹理颜色、地形区域边界和重要顶点是其非常重要的视觉特征,本文将这三项特征作为约束因子引入到三维地形的简化过程中,并根据这三项特征对现有的二次误差测度算法和边折叠代价的计算方法进行了改进,使其在三维地形简化过程中不会出现明显退化。本文还将改进后的算法与原来算法进行了实验对比,结果表明,改进后的简化算法不仅能够在不同精度上保持三维地形视觉上的一致性,而且产生的几何误差也相对较小。     

RaPC:一种基于栅格化思想的多边形裁剪算法及其误差分析

传统的基于矢量计算的多边形裁剪算法的时间复杂度介于O(Nlog N)~O(N2)之间,且计算过程与特定的复杂数据结构耦合紧密,难以进行底层优化和细粒度并行化。在满足一定误差要求的前提下,采用栅格化处理思想可以实现多边形快速裁剪。本文在已有多边形裁剪算法特征的基础上,提出了一种基于栅格化处理思想的多边形裁剪算法——RaPC算法,并对其误差进行了分析和讨论。试验结果显示,RaPC算法的计算效率随网格单元增大呈幂函数规律降低;当网格大小恒定时,RaPC算法效率随多边形顶点数量呈线性增长,计算时间复杂度为O(N);在处理小数据集时Vatti算法表现出了较高效率,但是在处理包含大量顶点的多边形叠加时,RaPC算法更为高效;RaPC算法的面积误差与网格大小直接相关,提高网格空间分辨率可以有效地降低面积误差。RaPC算法在处理包含大量顶点的多边形叠加分析时比Vatti算法更为高效。     

基于DEM栅格数据结构的三维空间点交互选取方法

在OpenGL、Java3D等传统的三维建模语言中有多种三维坐标提取的算法,但应用到三维地形时这些算法的速度太慢,不能满足人机交互的需求。本文研究了点取射线与DEM模型的空间特性,提出并实现了一种基于Java3D的规则网格DEM鼠标提取坐标算法,该算法在利用了规则网格DEM模型特征的基础上,利用点取射线与DEM网格在水平面投影上的相交性进行点取网格搜索,实现了三维坐标的点取。通过实验表明,该算法与三维场景中通常所用的空间点取算法相比,在不降低点取精度的基础上对点取速度有了明显的改进,从而满足了在DEM场景中进行三维交互的需要。     

一种大规模倾斜摄影模型三维可视化方案

提出了一种基于四叉树结构的大规模倾斜摄影模型三维可视化方案：首先采用二次误差测度（QEM）的半边折叠算法对三角网格模型进行分层几何简化;然后对分层简化的模型进行纹理映射和分块,分块结果采用Morton编码命名;最后将场景按金字塔结构进行LOD（多细节层次结构）组织。选取某一试验区域的真实倾斜模型数据进行了试验,结果表明,该方案能依据模型在计算机屏幕上所占的像素大小,动态加载倾斜模型数据,完成大规模场景的实时可视化。     

Morse理论支持下的建筑物点云特征提取

针对传统特征提取算法的结果存在交叉紊乱、不连续、缺少拓扑关系等问题,本文提出了基于Morse理论的建筑物点云特征提取算法。首先定义三维表面模型上顶点的Morse函数指标;然后采用邻点比较法自动提取特征点;最后针对Morse-Smale复形的对偶性在建筑物拓扑特征中已无实际意义的问题,提出了单复形拓扑模型的提取与简化算法。试验结果表明,该算法能够获得清晰、连续、完整的建筑物特征线,实现对建筑物模型表面的完全分割;简化算法在保证建筑物特征线拓扑一致性的前提下,可以获取不同层次的建筑物拓扑特征,为建筑物模型的重建与可视化提供了保障。     

多视立体网格的城市建筑物三维建模

针对城市建筑通常是由平面屋顶和垂直墙体连接而成的分段平面对象,该文提出了一个大规模城市建筑物的有效建模框架,在该框架中有两个主要步骤:分类和建模.首先采用基于征集的随机森林分类方法将大范围场景进行分割,然后采用假设和选择的建模策略对多种建筑物进行三维建模.该算法以多视点立体视觉系统生成的曲面网格为输入,输出具有不同细节层次的简化三维模型.实验表明,该方法能对多种外观的建筑物进行不同细节层次的建模,模型外观简洁规整,并能在一定程度上弥补原始数据中的噪声和遮挡问题.     

大场景三维渲染关键技术研究及实现

三维模型的海量特性和计算机硬件的制约给三维场景的渲染提出了严峻的挑战,优化三维场景中数据的组织管理方式及模型调度算法是提高三维场景渲染效率的有效途径。基于此,对三维场景的组织及模型调度进行了深入研究,提出了一些提高渲染效率的方法及算法,包括支持并行计算的快速地形制作方法、一种自适应的模型数据四叉树组织算法、基于边折叠算法的LOD模型自动生成技术,海量模型数据的内外存调度策略,地下管网的实时自动生成等,通过具体应用案例对研究结果的有效性进行了很好的验证。     

集群环境下基于视点移动的三维城市模型快速显示方法

大范围三维城市模型数据在现有的单机运行环境下,因数据量大导致运行速度慢、计算耗时等难题。为解决该问题,本文结合集群并行运算,提出了一种基于视点移动规则的大范围三维城市模型的快速显示方法。采用静态细节层次简化算法将三维城市模型简化为4个分辨率层次,根据视点移动规律,利用距离和偏心率选择不同层次的细节层次模型,逐级加载不同分辨率层次模型,并在集群系统中并行显示,从而有效地解决了大范围三维城市模型加载显示过慢、场景效果跳跃等问题,实现了对大范围三维城市模型的快速可视化。试验结果表明：随视点变化分层逐级加载不同等级LOD模型,采用PC集群并行绘制,可以快速有效地对大范围三维城市模型进行渲染处理,在兼顾效率的同时,并行地显示模型的细节,具有良好的可视化效果,对智慧城市的建设具有重要的指导意义。     

利用顶点删除法简化道路三维地形模型

提出了基于顶点删除法来简化道路三维地形模型的方法。首先建立原始三角网格,为道路中线两侧的点按照重要性排序,根据这些点与道路中线的距离对其进行加权,然后按照顶点删除法基本原理对带状地形进行简化。研究表明,本方法虽然简化了模型,但并没有降低三维视觉效果,同时,本方法将有助于减轻三维系统的运行负荷。     

基于GPU的网格模型简化算法研究

针对网格模型的简化问题,基于二次误差度量的简化算法在简化速度和简化质量之间取得了很好平衡,达到较高的效率;然而面对大数量的网格模型,该算法的简化速度受到很大限制。本文利用Direct X 11新添加的计算着色器,将上述简化算法移植到计算着色器中执行,模型简化的速度提高7-8倍,且网格模型的数据量越大,速度提升越明显。     

实景三维模型孔洞区域的网格重构算法

针对无人机倾斜摄影技术生产的实景三维模型数据中存在孔洞区域的问题,该文提出一种能够修复常规孔洞和无网格边界孔洞的网格重构算法,通过峰值线检测、插值特征点以及曲面重建技术修补常规孔洞,而对于无网格边界孔洞则利用三维凸包构建、三角面探测和网格缝合技术来修补。该算法能够快速、准确的修补孔洞区域,保证模型的网格体拥有正确的拓扑结构并符合常规数据生产需求。实际生产数据的修复结果表明,该算法修复的网格模型在进行纹理映射后能够准确并美观地表达地物特征信息,修复过程也很大程度上简化了人工操作,进而提高了实景三维模型生产效率。     

建筑信息模型与3D WebGIS平台集成方法研究

当前建筑信息模型(BIM)已成为网络三维地理场景(3D WebGIS)的重要数据来源。针对BIM模型与3D WebGIS集成时存在单体模型数据量大、模型渲染不流畅等问题,本文以建筑信息模型的数据转换与数据调度为研究内容,提出了一种基于三维瓦片(3D Tiles)的BIM模型转换方案,该方案首先将BIM模型转换为工业基础类(IFC)标准格式并对模型进行拆分,然后对拆分后的建筑部件模型进行分类并转换为三维瓦片。设计了结合视锥体与视点的动态数据调度算法,该算法首先通过视域剔除得到视锥体内所需渲染的瓦片,再通过基于视点的动态调度算法对所需瓦片进行调度。最后以某建筑群BIM模型作为实验数据进行实验分析,并开发了原型系统,验证了本文研究方法的可行性。