高采样密度彩色结构光三维测量技术仿真研究

提出一种应用于结构光三维测量系统的高采样密度编解码方法。编码时将红蓝条纹按格雷码方式编排,并在每相邻红蓝条纹之间用绿条纹加以分隔。解码时提取绿条纹中心及其左右边界,使得系统的采样密度提高近一倍。介绍了该编码方法的编解码原理,给出了彩色条纹分割方法、绿条纹中心及边界的亚像素定位方法,仿真实验结果表明测量最大相对误差小于0.07%。     

三维成像系统的性能仿真分析

基于条纹投影方法和主动三角化技术，详细分析三维光学数字成像系统的性能，并对其进行仿真分析。首先简单描述系统的结构。然后定量分析各个参数对系统性能的影响，具体包括：成像系统出瞳和测量参考面之间的距离；成像系统出瞳和投影系统入瞳之间的距离；投影条纹的空间周期。最后用模拟数据对系统进行验证，结果说明所得到的三维测量数据更加精确。     

三维激光扫描测量系统中的摄像机标定

三维激光扫描系统能够快速精确地获取周围场景的三维几何信息,而表面纹理信息需由高分辨率相机获取,必然存在不同数据源信息融合问题.在自主开发的三维激光扫描系统AX-LMS200基础上,通过相机内外参数标定,提出一种三维激光数据与二维纹理图像数据融合的方法,方便灵活地将三维激光数据与二维纹理图像数据相互映射.     

三维残缺数据的神经网络修补方法

针对常用的三坐标测量设备在对物体表面采样时造成的局部区域数据残缺问题，提出了一种三维残缺数据的多层感知器神经网络修补方法。该方法首先用矩形框在残缺数据的边界附近获取样本点集，并以其最小二乘拟合平面为基础建立局部坐标系；然后，在此局部坐标系下，将训练后的MLP网络仿真曲面用于残缺区域数据点重采；最后，将重采点集经坐标反变换后去替代原始点云数据中的样本点集。仿真和真实残缺数据的修补实验结果表明，此方法具有较高的修补效率和精度，可获得满意的修补效果。     

基于四元数的3D物体旋转及运动插值

研究了四元数方法在三维图形旋转变换中的应用。提出一种利用鼠标的拖拽关联三维模型的方位欧拉角的方法,将表示旋转数据的方位欧拉角转换为四元数,并利用四元数乘法运算的几何意义实现多次旋转的连接,最终实现鼠标拖拽自由旋转三维物体的功能。对物体的方位序列进行四元数球面线性插值,实现了使某水下航行体模型的运动仿真效果更加顺滑、逼真。     

基于激光扫描数据的三维可视化建模

利用地面三维激光扫描仪获取的空间数据,进行了三维空间地物可视化建模研究,提出了利用地面固定激光扫描数据建立建筑物三维可视化模型的框架。针对激光扫描数据的特点进行了地物分离和降噪处理,提取目标建筑物,去除测量噪声和遮挡物;应用平面分割和Hough变换对目标物识别并提取特征点、线、面,进行目标建筑物立面整体匹配纠正,在此基础上,对原始测量数据进行重新采样和多站点拼接配准,得到正确的、完整的目标建筑物立面信息;通过构建三角网建立三维表面模型,通过进行纹理映射实现三维模型可视化表达。试验结果表明,利用上述方法可以有效地处理三维激光扫描获取的空间点位数据,实现对建筑物快速三维可视化建模。     

STK三维场景构建及优化方法研究

针对STK(Satellite Tool Kit)软件在军事任务可视化仿真领域中的广泛应用,为充分挖掘其显示潜能,重点解决了影响其三维场景构建的瓶颈问题,即三维场景数据格式的转换和数据的获取优化。在分析构建STK三维场景所需要素及其作用的基础上,分别对地形、地表纹理、三维模型和GIS等四类数据格式进行分析,并利用多种辅助软件,系统地提出了由较通用格式数据向STK所支持格式数据的转换方法,以及在对各类原始数据的获取和转换过程中出现的问题进行处理的优化方法。最后通过实例验证表明该数据格式转换方法和数据优化方法行之有效,三维场景显示效果逼真。     

基于支持向量回归机的红外热像实时仿真

提出了基于支持向量回归机的红外热像仿真方法,该方法使用实测得到的场景红外辐射特性数据组成的训练样本集训练支持向量回归机,使得支持向量回归机具有预测能力,然后使用和物体表面划分面元数目相同的支持向量回归机计算仿真设定条件下的物体表面表观温度场数据,并利用三维可视化技术,将温度场数据和三维模型相结合,最终以运动车辆及建筑物场景为例,实现了对目标与背景构成的场景进行全方位红外热像实时仿真。     

大型古文物真三维数字化方法

古文物数字化保护已经成为关系全球的社会化问题。提出了一种以三维激光扫描技术和CCD摄像技术为主要数据获取手段的真三维、真尺寸、真纹理的古文物数字化工程方法。首先，对三维数据进行去除噪声和补洞等预处理；接着，利用一种改进的ICP算法，实现渐进式多视点三维数据配准；最后，由体绘制方法将所有视点的三维数据整合成连贯的完整的三维网格，并给出纹理映射方法，建立真三维、真纹理的古文物数字化模型。提出的方法已经在云冈石窟和古建数字化工程的实践中得到了充分验证。     

基于激光扫描数据的三维场景仿真

通过利用地面三维激光扫描仪获取的空间数据,进行了三维空间地物建模研究。首先分离提取建筑物地物,然后对得到的数据进行去噪处理,再通过整体匹配纠正并对原始测量数据进行重新采样和拼接配准,建立了由三角网构成的三维表面模型,最后在虚拟现实环境中实现了三维场景仿真。     

炮采煤层工作面瓦斯涌出规律的数值模拟研究

研究煤层瓦斯在采动影响下的流动规律是煤矿安全生产的一个关键性问题.考虑爆破振动和固体骨架可压缩因素,建立了炮采煤层掘进面煤与瓦斯流固耦合数学模型.应用FLAC3D差分程序,利用fish语言将变化的孔隙率和渗透率引入到计算中,模拟了煤层在爆破振动作用下掘进面瓦斯流动规律.仿真结果表明:炮采煤层工作面处岩体受振动影响破坏程度较大,巷道顶板位移较小,岩体的破坏主要集中在工作面附近;煤层中的瓦斯压力由远处至工作面逐渐减小,距工作面5米以内的煤层瓦斯压力梯度较大;炮采时,掘进面附近瓦斯压力梯度较大,沿掘进方向孔隙压力呈非线性分布,机掘时,沿掘进方向孔隙压力呈线性分布.     

网上博览会虚拟场景在线拖建技术研究

在互联网上采用Web3D技术动态构建网页上的虚拟场景,让用户参与场景的搭建,将大大提升网上虚拟展览馆的互动性。以＂2010年中国上海网上世博会＂专项项目为研究背景,引入用户在互联网浏览器的页面上实现拖放场景元素动态搭建三维虚拟场景的方法,重点讨论了Web页面拖放检测技术,将包围盒射线求交法与最近平面坐标系转换法进行结合并应用于Web页面,实现三维对象的拖放和定位,阐述了分布式存储模式下的虚拟元素索引和虚拟场景动态在线构建综合应用的动态生成方法。实验证明该方法简单有效,为Web客户端的三维虚拟场景快速交互构建提供了便捷的方法。

Abstract：

The interaction of the virtual pavilion online is enlarged by means of making Internet visitors participate in the construction of virtual scene and interact with it on web pages,which has been achieved by using the Web3D technology. Under the background of ＂Expo Shanghai Online＂,a method of dragging and dropping elements on web pages which dynamically generate 3D virtual elements online was introduced. The Drag-and-Drop Building technology which was applied on web pages through the combination of Ray-Box Intersection and Coordinates Transfer method based on the nearest plane was mainly discussed as well as the comprehensive application of virtual elements indexing under the distributed storage pattern and dynamic generation of virtual scene on Internet. Tests proof that the method is simple and effective,which provides a convenient way for Web3D clients to interact with the 3D scene rapidly.     

基于虚拟标定场的数码相机内参数标定方法

建筑物表面纹理数据获取与真实纹理映射一直是数字城市亟待解决的难点问题,也是真实感图形学研究的重点内容。结合相机成像理论,提出一种基于虚拟标定场的数码相机标定方法,通过一组图像构建虚拟标定场,解算数码相机内部参数,快速自动纠正图像畸变,为实现真实纹理映射奠定基础。并对该方法获得的标定参数进行了实验,证明满足纹理映射的要求。     

基于X3D的仿真可视化支撑服务研究与实现

X3D集成XML,Java以及流媒体技术支持基于Web的三维可视化建模和渲染,是当前Web3D的标准.网格技术是一种新兴的Internet计算模式,通过构造动态的虚拟组织实现计算资源的共享与协作.本文将X3D技术与网格技术、J2EE技术相结合,构建基于Web的仿真可视化支撑环境体系结构和相应的可视化支撑服务,实现广域网内基于浏览器访问、共享和组装多种武器、地形、特效的三维模型,快速定制和构建三维可视化应用,构造虚拟仿真环境.对仿真可视化支撑环境体系结构及服务实现的关键技术进行了详细的介绍.     

基于CityGML的三维城市模型实时可视化研究

针对CityGML(City Geography Markup Language)城市模型实时可视化问题,提出一种流式读取与数据绑定结合的快速解析办法以及多线程并行处理的数据加载策略,通过将模型数据重新组织成Direct3D网格对象实现了对三维图形的高效渲染。实验部分给出了.Net平台下基于C#与Direct3D的三维可视化结果,证明了方法的有效性。     

基于三维纹理的水下三维声场直接体可视化

声波是潜艇进行水下目标探测的最有效手段,因而在潜艇水下作战环境三维可视化研究中,水面舰船和水下潜艇声能场的可视化是核心技术之一,应用硬件加速的三维纹理技术实现了三维声场直接体可视化。仿真结果表明该方法在三维声场可视化中,能够实时生成高质量的体可视化图像。     

基于单元重用机制的轻量化建模算法

给出了一种在三维模型中发现所有外形相同的模型单元并重用这些单元来构造轻量化模型的新方法。该方法不仅能有效地区别相同几何顶点而拓扑不同的模型单元,并且通过对模型单元进行对称不变性变换及其它优化处理,使相同单元的对齐效果和处理效率得到了进一步的提升。采用的体素化匹配方法对于PCA协方差矩阵退化情况具有鲁棒性,不需专门处理,并可以精确且高效地比较两单元。实验结果表明,该方法相比其他方法可以寻找出更多的可重用单元,速度上平均提升20倍左右,因此本方法在效果与效率上均好于已有的同类算法,并且很好的应用于模型轻量化。     

基于Radon变换的三维模型检索算法

三维模型特征提取过程中如何减少三维模型信息丢失及提高检索效率是基于函数变换三维模型检索技术中有待解决的关键问题.利用球面上经纬线的交点对三维模型表面采样,在采样点处定义含有模型表面法向量和面积信息的三维模型表示函数,将模型函数进行Radon变换,使用Radon变换后的函数值进行特征匹配,提高了检索性能.     

圆环射线分解投影轮廓的三维模型检索方法

虚拟现实、可视化技术、数字化和三维图形建模的发展使互联网和专用数据库中三维模型的数量和检索需求快速增长,因此提出了一种圆环射线分解投影轮廓的三维模型检索算法。首先,对三维模型进行位姿对准、投影变换和边界提取;然后,对提取的投影轮廓用圆环射线分解的组合方法参数化,并对该参数化函数进行傅立叶分解,得到图形特征;最后,对特征描述符做相似性匹配,计算特征比较值,得到检索结果。实验表明,该种方法对三维模型的检索效果较好。     

计算机三维电磁辐射场的可视化研究

本文对计算机信息电磁辐射模型计算及实测产生的３Ｄ数据集进行可视化处理，生成其矢量场的可视化图象，有助于人们理解与分析辐射场的分布情况，发现通常通过数值信息发现不了的现象，帮助人们摆脱直接面对大量抽象数字组合成的复杂形态，而很难发现其内在本质的局面，提高研究水平与效率。