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。     

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。     

基于法向量的地形模型简化算法改进及实现

由于三角网能够较好地反映地貌形态特征,被广泛应用于三维地形建模。但随着海量数据的处理和当前计算机硬件的限制,有必要通过算法将地形模型进行有效的简化。本文在三角形折叠算法的基础上,引入法向量度量参数,同时加入边界判断对其进行改进,利用Direct3D自动计算三角面片的法向量这一特性实现了地形模型的简化,并能较好地保持原始模型的特征。     

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。     

利用Sweep造型法进行管网精细化三维建模

管网三维建模中的一个重要问题是如何根据管线中心线坐标计算得到管网实体表面顶点的坐标,特别是管段与管点衔接处的表面处理。利用扫描(Sweep)造型法,根据实体之间的拓扑连接关系,将一条管线看作是整张连续的曲面,自动建立管线和管点的三维模型,可不必再做拼接处理。此方法通过对管线进行倒圆角及分段处理,在管线中心线各分段点上建立连续标架,计算得到分段点对应的管网实体表面顶点的坐标,并采用布尔并集运算合成管点模型的方法来建立各管网实体的精细化模型。实验结果表明,管网实体表面顶点坐标正确、光滑连续,建模程序简化,性能提高,效果良好。     

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。     

垂距法与道格拉斯-普克法删除冗余顶点效率的比较

在计算机地图制图和地理信息工程等领域,通常要对线要素和面要素边界几何数据中所包含的冗余顶点进行删除,以达到减少存储开销、提高处理效率和改善图形可视化效果等目的。为了满足人们选择一种快速删除线要素冗余顶点算法的需要,在简要介绍目前常用的两种线要素压缩算法——垂距法和道格拉斯-普克法的原理及特点的基础上,对利用这两种算法实施冗余顶点删除处理的效率进行实例测试与比较。     

顾及角度误差的三维建筑模型边折叠简化算法

随着城市三维场景应用日益增多,海量的三维建筑模型数据给计算机的存储、显示、传输和实时渲染带来了巨大压力,在保证Web 3D展示质量的前提下,有条件地对三维模型进行适度简化,降低复杂模型计算复杂度的有效途径。针对三维建筑模型简化至低分辨率时模型表面细节特征丢失、网格质量降低导致的视觉退化等问题,提出了一种顾及角度误差的三维建筑网格模型边折叠简化算法。该算法在选取收缩边时加入了顶点约束条件,并对生成新面片的旋转方向进行了角度误差控制,提高了模型特征区域顶点的误差度量。研究结果表明,该算法在保留场景中建筑模型的几何特征的前提下,有效地减少了系统绘制的图元数目,适用于渲染大规模三维城市场景。     

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。     

顶点重要度调整的三维场景集成简化方法

针对地形模型随视点简化时,容易引起边界的变化,使得地物模型与地形模型简化过程中产生"裂缝"或翻转现象的问题,文章提出一种改进方法:在对三维地形和地物进行集成后,采用递进格网表示方法并在边折叠过程中采用条件约束对其简化;在边排序的基础上,根据顶点重要度进行排序。该方法优点是计算时间短,且权值定义能够很好地反映局部几何特征,能够保持三维地形、地物模型边界原始信息和格网三角面的基本方向,并消除集成模型之间的"裂缝"或悬空现象。最后通过对整个三维场景进行动态实时绘制,证明该方法具有良好的可视化效果。     

车载移动测量系统点云精度评定方法

为了对车载移动测量系统点云精度进行客观准确的评价,该文提出了利用室外三维检测场,借助自制的反射纸、球形靶标和特征地物,获取特征点的高精度三维坐标和特征线的长度值,通过与系统解算出来的结果进行比对,评价了系统的绝对精度、相对精度和重复性精度。试验结果表明,该文提出的方法可以对厘米级车载移动测量系统进行点云精度评定,方法切实可行,为相关检测标准的制定提供技术支持。     

北斗新体制信号接收机首次定位时间测试

北斗系统的导航信号体制发生了改变,调制方式从BPSK调整为BOC。BOC调制信号的频谱中上边带和下边带的冗余,自相关函数中的多峰等特征在接收机的信号截获、码跟踪以及数据解调等处理中带来好处。为了考察新体制信号对接收机服务性能的影响,该文对新体制信号接收机的首次定位时间的测试方法、评定方式进行了探讨,在模拟信号、新体制信号、实际信号几个方面对首次定位时间进行了比较,从接收机测试的层面对新体制信号做了初步分析。该文采用笔者所在单位自主建设完成的模拟信号自动化测试平台,完成了GNSS接收机常规检测校准工作中较难完成的首次定位时间测试项目。     

检定场的机载激光雷达精度评价方法

为了对机载激光雷达测量精度进行科学地评价,保障数据成果质量,满足新型仪器装备计量检测的需要,该文基于空对地检定场圆形标志点,利用平均值法和最小外包圆法对机载激光雷达的平面精度和高程精度进行评价研究。结果表明:针对低空机载激光雷达可以获取高密度的地面点云,可以利用轮廓突出且特殊形状的控制点进行三维精度评价;利用平均值法和最小外包圆法均可以对机载激光雷达进行快速、有效地三维精度评价。     

CALINE4模型扩散参数的城市建筑影响

机动车尾气排放已经成为城市空气污染的主要原因之一,为了更好地了解机动车尾气扩散,在GIS领域为机动车尾气的治理提供帮助,该文基于CALINE4模型对城市道路中机动车尾气的扩散特性进行研究。通过ENVI-met软件模拟验证了建筑物对污染气体扩散的显著影响,在CALINE4模型的基础上综合考虑了道路两侧建筑物对机动车尾气的反射作用和阻塞作用,结合道路的街谷高宽比和阻塞比的概念,提出了一种在建筑物影响下CALINE4模型中扩散参数的修正方案,并定性分析了建筑物对模型中扩散参数的影响以及对机动车尾气扩散过程的影响。分析结果表明,建筑物对机动车尾气的扩散有明显的反射与阻塞作用,尤其在建筑密集的区域会产生二者的叠加,使该区域污染物浓度分析更加复杂。     

GNSS长度测量不确定性试验分析

针对GNSS定位结果总是存在点位误差,由此导出的长度测量值为点位误差的非线性映射,对于长距离定位量测,其非线性影响较小,线性化近似一般可以满足精度要求,但对于短距离量测,其非线性影响不容忽略的问题。该文探讨了GNSS长度测量不确定性来源,通过单点定位和差分定位试验验证了长度测量不确定性与定位精度、点间距离的关系,测试不同偏差和方差估计公式的适用性。试验表明,对于GNSS高精度、长基线测量,其长度统计偏差可以忽略,且方差为基线向量的方向方差;现有不确定性评估公式在超短基线情形适用性会变差,在这种情形下,试验表明二阶偏差和方差估计更为精确。通过消除长度统计偏差得到无偏估计量,可以有效提高距离量测的可靠性,为提高用户距离量测精度提供有益帮助。     

基于3D GIS的工程项目进度三维仿真系统

大型工程项目涉及的环节复杂、工序繁多,需要对工程进度进行有效控制。本研究利用3D GIS具有直观性和交互性等特点,通过与施工进度汇报数据的关联,利用动态仿真技术,实时生成最新的工程项目三维场景,为项目管理者了解项目施工进度、调整施工计划等提供了很好工具和手段。根据实际工程项目的工序划分,以及工程进度的动态性和进度维护的实时性,将工程项目细分至分项工程下的各种建筑构件,并建立构件库来存储构件的三维模型,提出了基于构件库的工程项目进度三维仿真方法。最后,以钦州港码头工程进度三维仿真应用为主要案例,介绍了该方法在实际工程项目中的应用。     

北斗短报文的无人机飞行监管技术与装备研究

针对我国现有以地面雷达为主要空管手段的监管体系中,轻小型无人机飞行目标存在的“看不到”“管不了”等难题。该文提出了基于北斗短报文通信技术的无人机系统飞行监管技术与方法,研究制定了无人机资源注册、任务注册机制,以及无人机飞行诸元传输协议;研究突破了无人机机载设备终端电磁兼容、北斗通信传输频次加密、多系统导航定位、FPGA优化集成等关键技术,研制了小型化、轻量级、高频次北斗短报文无人机飞行监管机载终端,开发了网络化无人机飞行监管综合运行管理平台。全套系统在国土测绘、海洋监测、灾害应急等领域开展5个节点应用示范,有效实现了无人机多架、协同、异地、同步在线超视距通信与监管。研究成果填补了我国无人机飞行安全管理的空白,进一步推动了无人机产业化发展,有力保障了我国低空空域开放政策的有序推进。     

卷积神经网络在大规模图像分类中的应用

针对大规模无序图像分类处理中成对图像的匹配和几何验证的计算量大的问题,该文通过研究和学习机器学习及图像识别领域先进的方法,提出了一种基于孪生神经网络的大规模图像有序化方法。该算法主要是:通过抽取已训练好的VGG19的网络模型的卷积层作为图像的特征,将提出的特征分别加权后,连接起来,再次卷积和池化,利用响应函数判定图像之间连通性,实现对输入图像对连通性判定。经实验证明,该算法可有效地识别具有场景重叠的图像对,效率和精度上也有所提高,无须执行详尽的推定匹配和几何验证,适用于运动恢复结构,图像连接等各种场景。     

基于倾斜摄影的大规模城市实景三维建模技术研究与实践

倾斜摄影测量技术为大规模城市实景三维模型数据快速生产提供了有效的解决途径。本文面向大规模城市实景三维建模生产需求,对三维数据生产中关键技术进行了分析和研究,以北京六环范围实景三维建模实践为例,基于Context Capture Center建模软件,提出了实景三维模型数据生产的技术流程,对实景三维建模生产效率、三维模型成果精度进行了分析和总结。     

一种运动目标轨迹提取方法

针对基于区域的轨迹提取类算法的时间复杂度高等问题,该文提出了一种基于FasterR-CNN的目标轨迹提取方法,利用FasterR-CNN能够快速定位和特征提取的原理,快速确定目标区域,在此基础上提出距离加阈值限制的方法进行目标关联。该方法不要求FasterR-CNN模型具有较高目标框回归精度,且充分利用卷积神经网络能够高效提取图像特征的特点,在保证轨迹提取精度的同时,降低了目标区域确定的时间和数据量,且通过均匀抽取和目标参考点关联的方法,进一步降低了目标关联的时间。与基于Camshift的区域提取法对比,在时间复杂度基本一致的情况下,大大提高了复杂背景和复杂纹理条件下目标区域确定的准确率,使得轨迹提取率更高。