视点相关实时LoD地形模型动态构网算法

论述了一种视点相关实时LoD地形模型动态构网算法。基于GRID数据，以直角三角形为基本单元，利用二叉树构建地形的层次结构，兼具GRID与不规则三角网（TIN）的优点；并且解决了模型带来的“裂缝”问题。视景体可见区域多分辨率地形生成时，通过地形面片自身复杂程度、地形面片与视点距离以及地形面片与视线间的方向关系三方面确定该面片的绘制分辨率。实验结果表明，该算法在保持地形场景逼真的情况下，极大地提高了绘制速度，满足了实时交互的要求。     

基于瓦片数据结构的大规模地形构建与显示

地形漫游在仿真、模拟、虚拟现实、游戏等领域都有广泛的应用，但其大规模地形实时动态绘制的速度和质量一直是一个难点。文章主要分析了地形场景数据管理与实时调度、视相关多层次细节模型与可见性判断以及分层数据组织与瓦片数据绘制等关键问题。在研究多种层次算法的基础上，提出了一种实时高帧率绘制大规模地形的瓦片重组数据结构的方法，并改进了视景体裁切重组地形数据的方法。实验结果表明该方法在保持地形逼真的情况下，有很好的绘制网格帧率和实时动态交互的效果。     

一种快速地球大气效果3维绘制方法

介绍了地球大气模型,并回顾了国内外大气的3维绘制算法.在此基础上提出了一种基于简化模型的快速大气效果绘制算法.该算法综合利用Billboard与图形学雾化效果,逼真模拟出了地球大气的可视化效果.实验结果表明,该算法简单有效,避免了复杂的物理计算,大大提高了绘制效率.     

基于瓦片数据的DEM构建与显示

对于大规模地形而言,地形网格的实时动态绘制速度和质量一直是人们关注的重点。地形漫游在仿真、模拟、虚拟现实、游戏等领域都有广泛的应用。该文在研究多种层次算法的基础上,采用一种地形瓦片重组数据结构的方法实现实时高帧率的绘制大规模地形。分析了地形场景数据管理与实时调度,视相关多层次细节模型与可见性判断以及分层数据组织和瓦片数据绘制等关键问题,并给出了相应的解决方法,改进了视景体裁切重组地形数据的方法。实验结果表明该方法在保持地形逼真的前提下,有很好的绘制网格帧率和实时动态交互效果。     

内窥镜图像实时动态流血合成与仿真

为了满足内窥镜手术虚拟训练过程中流血仿真的实时性和视觉效果上的逼真性,采用计算流体力学建模方法提出了一种实时的动态流血合成与仿真模型;利用定常、温度不变的不可压缩Navier-Stokes方程组构造流血仿真的模型,并用OpenGL实现了流血的实时模拟,给出了在OpenGL环境下的内窥镜图像的实时动态流血合成与仿真的效果图.实验结果表明,利用该方法模拟的流血效果真实感强,对内窥镜手术训练有很大的帮助.     

基于多分辨率模型的地形实时显示

如何实现地形的实时动态显示是GIS/VR的研究内容之一,多分辨率模型(LOD)作为加速显示速度的手段近年来得到了普遍的重视和发展.在总结前人LOD算法的基础上,针对大数据集地形数据,文中采用三角形法向量判断的方法将地形数据组织成具有层次结构的多分辨率模型,在分辨率选择的基础上,根据视点位置和视线方向对不可见面片进行删除,在不影响视觉效果的前提下减少绘制所需的三角面片数,从而实现地形实时显示.实验结果表明,该算法是成功有效的.     

一种快速地球大气效果3维绘制方法

介绍了地球大气模型,并回顾了国内外大气的3维绘制算法。在此基础上提出了一种基于简化模型的快速大气效果绘制算法。该算法综合利用Billboard与图形学雾化效果,逼真模拟出了地球大气的可视化效果。实验结果表明,该算法简单有效,避免了复杂的物理计算,大大提高了绘制效率。     

北斗卫星信号实时单站电离层估计算法及性能分析

在研究已有实时电离层估计方法的基础上,提出了顾及硬件延迟偏差的实时单站电离层总电子含量估计方法。利用该方法对位于湖北省内的8个测站GPS和北斗实测数据进行模拟实时的处理,将估计结果与全球电离层格网模型进行对比分析,GPS和北斗的估计结果其量值及变化趋势与全球电离层格网模型插值结果都较为一致,其中GPS的误差保持在4TECU(1TECU=1016 m-2)之内,北斗的误差保持在5TECU之内。实验表明,该方法可以很好地实现实时单站电离层估计,独立利用北斗卫星导航系统信号可以实现电离层活动监测。     

基于EOF的实时三维电离层模型精度分析

讨论了建立基于EOF(empirical orthogonal runction)的实时三维电离层模型的方法,利用欧洲区域14个IGS跟踪站全天的观测数据模拟实时数据流进行了实验,将这种方法与二维球谐函数模型的结果进行了比较,结果显示基于EOF的实时三维电离层模型全天的模型残差以及与实测值偏差的均方根都在0.2 m以内,优于二维球谐函数模型。     

盾构隧道点云典型要素分割

针对盾构隧道点云及其几何特征构建八叉树索引,使用体素化网格降采样进行点云降采样,利用统计特征滤波器达到精简点云,继而实现典型要素自动分割。结合点云精简算法,提高了随机抽样一致性(RANSAC)算法效率,通过拟合模型的几何特征,设置合理阈值,自动分割隧道典型要素。实验结果表明,该方法可以精确地分割出相邻距离阈值较小的盾构隧道典型要素,拟合的隧道半径与设计半径误差仅为3 mm;相比传统RANSAC算法,该算法运行速度提高了17倍,实现了相邻距离阈值达1.0 cm精度的目标分割。     

一种面向虚拟地球的海面动态可视化优化方法

现有的虚拟地球中的海面可视化方法主要采用投影网格的方式组织海面格网,这种特殊的网格组织方式,导致其在反映不同海域差异性特征时存在缺陷。基于全球离散格网的海面可视化方法由于能够与虚拟地球离散的空间剖分相匹配,有效弥补了投影网格法的缺陷,因此更符合虚拟地球海面仿真应用的需要。然而现有的离散格网法存在绘制效率差、场景加载慢、需要修补格网缝隙等问题,限制了其应用发展。对此,本文在现有离散格网法基础上进行优化:首先,在数据结构上对传统等经纬度离散格网进行扩展,设计了一种面向GPU绘制的多尺度海面网格模型来组织管理海面格网;其次,为了实现风场驱动下的海浪动态绘制,在多尺度海面网格模型的基础上提出了一种支持实时风场更新的海浪动态绘制方法;同时,考虑到格网缝隙修补对系统效率的影响,本文针对海面格网特点并结合GPU技术提出了一种高效的海面格网缝隙修补方法。最后通过对比试验验证了本文方法的可行性和有效性。试验结果表明,本文方法绘制效率稳定,加载速度快,且能弥补现有方法在功能上的缺失,因此应用范围更加广泛。     

改进的 Hough 变换提取点云数据球面特征

提出一种改进的Hough变换用于提取点云数据中的球面特征。该方法运用"4点定位法"与Hough变换基本方法相结合,可以快速定位球心坐标和球半径并提取出球面点。为验证方法的有效性,通过Matlab建立含噪点云仿真模型,对基本方法和改进算法进行比较。实验结果表明,提取点云数据的球面特征采用改进Hough变换算法速度更快、效率更高。     

一种基于 K-D 树优化的 ICP三维点云配准方法

为提高三维点云数据配准精度和速度,提出一种基于K-D树优化的ICP三维点云配准方法,首先采用中心重合法实现点云数据的粗配准,然后利用K-D tree快速搜索最近点对改进传统ICP方法,完成三维点云数据精配准,该方法克服传统ICP算法中由于利用欧式距离来判断最近点所引起的工作量大、耗费时间多的缺陷,提高点云的配准速度。在此基础上利用斯坦福不同密度Bunny点云数据进行实验验证,结果表明在采用中心重合法实现三维点云粗配准的基础上,利用K-D tree优化ICP算法,能够提高点云配准的精度、速度和稳定性。     

基于间接平差的ICP点云配准算法研究

点云配准精度是决定三维重建模型的质量因素之一,目前,最常用是ICP点云配准算法,经典的ICP算法易局部收敛,影响点云配准精度。本文提出基于间接平差的ICP点云配准算法,设定目标点集中目标点坐标与转入目标点集中的点坐标之间的距离阈值实现点云精确配准。通过与经典ICP算法对比可知,本算法在一定程度上提高了点云配准精度和速度。     

地形RSG模型的动态构网算法

论述了一种基于规则格网地形模型的动态构网算法。通过定义模型中顶点间的约束关系以及顶点误差的继承方法，利用四叉树构建出顶点的层次结构，有效解决了不同分辨率网络间接边的裂缝问题，实现在模型误差控制下的多分辨网络的实时正确构网。实验证明，该方法对于实时控制地形模型的细节层次，增强地形模型的绘制效率是非常有效的。     

PARASOL/POLDER3卫星数据的海洋上空云检测

在卫星海洋遥感中,云作为海气耦合系统最重要的调节器之一,其检测结果对海洋上空云微物理特性的反演精度有较大影响。因此,快速而准确识别海洋上空的云像元是卫星遥感数据处理过程中首要解决的关键问题。以PARASOL (Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar)卫星搭载的POLDER3载荷遥感数据为研究对象,提出一种改进的海洋上空云检测方法。首先剔除海洋耀光;接着利用有云与晴空区近红外反射率差异检验识别有云像元,并利用偏振反射率检验进一步识别低反射率的云像元;然后利用近红外与可见光反射率比值检验识别晴空像元;最后建立多角度云检测结果空间融合规则,重新标记有云、晴空和未定像元。以印度洋海区为例进行实验分析,将云检测结果与Buriez方法进行对比,发现检测精度基本相当,而有云像元的识别速度却平均提高约3倍。结果表明:该方法能有效的检测出海洋上空的云像元,满足业务化数据处理的高精度及时效性要求,为后续云微物理特性反演提供可靠的数据源。     

大规模地形实时绘制中的地平线遮挡剔除算法

大规模地形场景包含大量的几何数据,无法一次性载入内存,并具有极高的复杂度,因而无法进行实时绘制。本文提出一种用于大规模地形场景的实时地平线遮挡剔除算法。该算法采用四叉树结构构造地形的多分辨率层次细节模型,按照大致由前向后的顺序遍历地形时构建遮挡地平线,应用地形包围盒技术,把地形区域与地平线相比较,以确定何时它们对于视点来说完全被遮挡并剔除这些被遮挡的区域。实验结果表明在贴地漫游的情况下,显著提高了场景绘制速度,证明了此算法的有效性。     

A virtual globe-based time-critical adaptive visualization method for 3D city models

3D city models, which are important items of content on the virtual globe, are characterized by complicated structures and large amounts of data. These factors make the visualization of 3D city models highly dependent upon the performance of computer hardware. Thus, achieving the efficient rendering of 3D city models using different hardware performance levels represents one of the key problems currently facing researchers. This paper proposes a time-critical adaptive visualization method that first estimates the possible rendering time for each model according to the data structure of the model in addition to the CPU/GPU performance of the computer. It then dynamically adjusts the rendering level for each model based on the results of an estimation of the rendering time to ensure that the final scene can be completed within a given time. To verify the effectiveness and flexibility of this method, it is applied using different computers. The results show that the adaptive visualization method presented in this paper not only can adapt to computers with different levels of performances but also demonstrates an obvious improvement in the time estimation precision, visual effects, and optimization speed relative to existing adaptive visualization methods.     

基于交互多模型的水下目标跟踪方法

根据水下目标机动的特点,给出了基于模糊逻辑推理的交互多模型方法。在仿真试验中,利用常速度模型、Singer模型和常速度转弯模型集合来覆盖水下目标的机动模式。仿真处理的结果表明,基于模糊逻辑的交互多模型算法能够提高水下机动目标跟踪的可靠性和实时性。