综合录井井下三维地层可视化建模研究与实现

针对综合录井井下地层特点,采用多层DEM三维可视化模型对地下地质环境进行三维描述,实现综合录井三维地层实时显示.将三维坐标投影转换到二维坐标系中,采用二维Delaunay剖分改进算法构建Delaunay三角网;探讨了剖分后的不规则三角网(TIN)到格网的转换和插值以及通过格网DEM构建三维地层;介绍了根据选择的剖切面方程生成地质体的剖面.系统采用VC++6.0和OPENGL图形接口作为开发平台,可以从任意的角度对剖切开的三维地质体进行观察和分析也能够从任意的角度对三维地质体整体进行观察、缩放和剖切等操作.     

三维重建表面任意切面图像提取及映射有效方法*

针对三维重建表面模型的任意切面纹理显示,分为3D纹理采样和切面纹理映射两阶段。前者通过模型包围盒及模型横断面轮廓定位纹理部位并去掉图像背景,经采样形成多精度3D纹理;后者先计算剖切平面和模型及纹理空间中包围盒交面,然后利用向量叠加原理及立方体线性插值方法快速提取纹理空间的交面图像,经Alpha测试后映射到模型空间相应切面上,形成具有切面纹理的剖切模型。实验表明,该方法克服了面绘制技术不能体现内部数据的缺点,有效地提高了大数据量模型任意剖切面纹理绘制速度。     

全三维气辅成型数值模拟结果的任意剖切显示

任意剖切显示是全三维气辅成型过程数值模拟后处理的重要技术。通过研究四 面体单元与剖切平面的空间位置关系,提出了一种基于纯空间几何解析的任意剖切面求取以 及在剖切面上高质量绘制场数据分布彩色云图的方法,即通过遍历确定“有效单元”、类过滤 交点求解,以及物理量插值与颜色映射求得剖切面上的物理场量,然后采用OpenGL 技术实 现任意剖切面上场数据分布彩色云图的绘制与显示。实例验证表明,该方法能准确、清晰地 绘制出气辅成型过程中任意剖切平面上物理量的分布,有助于工程技术人员更加有效地理解 和分析模拟结果。     

用户控制的纹理合成

提出一种基于用户控制的纹理合成算法．该算法适用于任意二维平面和任意拓扑的三维网格．可方便地控制纹理合成时方向和尺度的连续变化．对于任意平面区域需剖分成较均匀的三角网格，以剖分得到的二角形作为基本的合成单元来进行合成．根据用户在此三角网格上指定表示纹理方向和大小的矢量来插值生成矢量场，用以控制合成纹理的变化．该算法可以自然扩展到三维三角网格，以三角面片作为合成单元，合成后直接输出每个顶点的纹理坐标．该算法对二维和三维纹理合成给出了统一实现的框架．实验结果表明，该算法可以在任意目标区域根据用户的交互生成令人满意的纹理合成效果．     

利用遥感图象生成地形三维实景图

本文介绍了利用遥感形象作为纹理图象，采用纹理映射技术生成地形三维实景图的原理和算法。主要包括：遥感图象上特征点（目标点）坐标的量算；遥感图象与相应地面间透视变换关系的确定；影象灰度的重采样；实景图的显示。最后给出了实验结果。实验表明，这种方法所生成的地形三维实景图，所含信息量大，真实性好，现势性强。     

一种基于散乱数据插值的网格图象变形方法

提出一种基于特征点运动分解和散乱灰度数据插值的网格图象变形算法,以改进传统的两步扫描网格变形法在扫描顺序和变形效果上的不足。将原始图象的象素坐标一次性映射至目标图象,再对映射后得到的散乱坐标点的灰度进行散乱数据插值以恢复目标图象的象素信息。为了提高灰度映射的效率,引入一种基于Delaunay三角剖分的三角线性插值的方法来处理大规模散乱数据的插值。最后通过实例证明该算法的变形效果较两步扫描网格变形法有显著提高。     

基于体平滑的体绘制纹理伪边界消除算法

直接体绘制能够清楚的显示三维数据场的内部信息,是科学可视化中非常重要的一类方法。其中,基于二维纹理映射的三维数据直接体绘制方法具有绘制速度快、可交互性强的优点。其基本思路是将三维数据体在时间或深度方向形成一组水平纹理切片,通过这些切片的纹理贴图,实现三维数据体的体绘制,在交互性和资源消耗之间取得了较好的平衡。本文针对基于二维纹理映射的直接体绘制方法中在透明与不透明边界产生阶梯状条纹的伪边界问题,提出了一种基于体平滑的算法。该算法通过在透明数据与不透明数据的边界进行体平滑,使采样过程中缺失的数据表现到抽样的切片上,从而在最终图像生成阶段淡化甚至消除阶梯状条纹伪边界。实验结果表明,相对于传统二维纹理映射方法,本算法实现体绘制效果平滑,提高了绘制效果。     

基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制

在气象领域,三维风暴数据场可视化是风暴监测及灾害预测的重要技术手段之一。可视化效率及质量直接影响到风暴体分析研究的准确性和时效性。针对传统的二维、三维纹理映射体绘制方法进行了研究,提出了一种基于GPU的风暴数据场多维纹理混合绘制技术。该方法采用了三维纹理存储风暴数据场并结合代理几何体动态生成方法,克服了传统方法中纹理数据冗余的问题,并保证了模型的三维交互流畅性。该方法中提出的纹理映射光滑重采样策略,显著提高了风暴体模型显示效果,并在一定程度上避免了CPU-GPU通信瓶颈。     

土壤中元素空间分布的体视化方法研究

体视化技术主要研究包含物体内部信息的体数据的表示、变换、操作和显示等.土壤中元素空间分布的体视化对土壤中元素的空间分布规律及其污染评价、预测具有重要意义.对于理解土壤数据中蕴涵的土壤学信息,体视化比使用一组二维切片表示三维数据更自然、更清晰.文中基于Visual Studio 2005开发平台使用C#语言,引入三维可视化类库VTK,采用Kriging插值方法,实现了土壤中元素空间分布的体视化、三维交互以及任意剖切,同时给出了合肥市土壤的应用实例.     

一种新的VolumeLIC可视化方法

矢量场可视化是科学计算可视化中最具挑战性的研究课题之一,为了能在二维屏上直观显示三维矢量场,将基于纹理的LIC方法拓展到三维矢量场可视化,通过设计稀疏线噪声纹理并配合斜坡卷积核提高VolumeLIC图象质量,显著增强空间深度感,并采用光线投射直接体绘制方法生成VolumeLIC图象,另外,针对循环动画的突兀现象,提出HRCK（Hanninged RampConvolutionKernel)法生成流场的VolumeLIC循环动画,提出VolumeLICProbe交互洞察三维矢量场内部信息,通过实例表明,本文所提方法具有良好的可视化效果,交互方便,并已应用地幔可视化等领域。     

Comprehensive Halftoning of 3D Scenes

The display of images on binary output hardware requires a halftoning step. Conventional halftoning algorithms approximate image values independently from the image content and often introduce artificial texture that obscures fine details. The objective of this research is to adapt a halftoning technique to 3D scene information and thus to enhance the display of computer generated 3D scenes. Our approach is based on the control of halftoning texture by the combination of ordered dithering and error diffusion techniques. We extend our previous work and enable a user to specify the shape, scale, direction, and contrast of the halftoning texture using an external buffer. We control texture shape by constructing a dither matrix from an arbitrary image or a procedural texture. Texture direction and scale are adapted to the external information by the mapping function. Texture contrast and the accuracy of tone reproduction are varied across the image using the error diffusion process. We halftone images of 3D scenes by using the geometry, position, and illumination information to control the halftoning texture. Thus, the texture provides visual cues and can be used to enhance the viewer's comprehension of the display.     

在点模型上实现三维纹理合成的算法

为了避免网格重建过程而直接在三维点采样表面上进行纹理合成,研究了在点模型上的三维纹理合成的算法。利用KDtree这种数据结构在离散采样点上构建点与点的邻域关系,通过投影和建立匹配窗得到每一个待合成纹理的点与样图的映射关系,根据映射关系在样图中找出与待定点纹理值最佳匹配的点。最后将该匹配点的纹理值赋给待定点,同时结合邻域关系实现多点同时赋值。实验结果表明,该算法能有效地保持了生成的纹理结构和视觉效果的连续性和平滑性,具有耗时短、灵活可控、较好的鲁棒性等特点。     

面向浏览器的医学影像可视化系统

目的 当前各大商业公司和开源社区所提供的医学影像可视化系统依赖于各类平台以及与平台相关的插件,难以实现跨平台访问.为此提出并实现了基于HTML5的面向现代浏览器的医学影像可视化系统.方法 基于B/S(browers/server)模式进行系统整体架构与设计,设计自定义的传输协议提供各种定制的图像可视化服务.对于2维影像,采用HTML的canvas技术和WebGL技术进行浏览器端硬件加速.对于3维医学影像,采用前后端异步操作的策略以提供渐进式可视化.算法构造原始数据的多分辨率采样,并在用户交互过程中实现自适应可视化.结果 在不同的浏览器、多组临床医学影像肝脏数据上测试了系统,表明系统支持跨浏览器的可视化.测试2维和3维可视化的结果表明,系统支持2维影像的实时可视化(25帧/s),支持3维影像的交互可视化.对于512×512×154的医学体数据,低精度绘制模式的可视化效率可以达到60帧/s,高精度绘制模式的可视化效率可达到 1帧/s 的绘制效率.结论 本文面向浏览器的医学影像可视化系统利用当下新兴的WEB技术实现了跨浏览器、跨平台地对用户提供服务,为远程及移动医疗影像可视化系统提供了机会.     

基于改进卷积神经网络的单幅图像超分辨率重建方法

对于重建图像存在的边缘失真和纹理细节信息模糊的问题，提出一种基于改进卷积神经网络（CNN）的图像超分辨率重建方法。首先在底层特征提取层以三种插值方法和五种锐化方法进行多种预处理操作，并将只进行一次插值操作的图像和先进行一次插值后进行一次锐化的图像合并排列成三维矩阵；然后在非线性映射层将预处理后构成的三维特征映射作为深层残差网络的多通道输入，以获取更深层次的纹理细节信息；最后在重建层为减少图像重建时间在网络结构中引入亚像素卷积来完成图像重建操作。在多个常用数据集上的实验结果表明，与经典方法相比，所提方法重建图像的纹理细节信息和高频信息能得到更好的恢复，峰值信噪比（PSNR）平均增加0.23 dB，结构相似性（SSIM）平均增加0.0066。在保证图像重建时间的前提下，所提方法更好地保持重建图像的纹理细节并减少图像边缘失真，提升重建图像的性能。     

基于相关性的三维医学图像插值

现有的插值方法在进行医学断层图像插值时，要么不能兼顾灰度和形状的变化，要么计算量太大。为解决这一问题，文中提出一种基于相关性的三维医学图像插值算法。通过对原图进行门限分割，获得体素的分割值。对相同密度物质采用灰度插值，不同密度物质，利用体素的相关性来进行插值，使新的图像不仅在灰度上，而且在组织形状上，介于原来的断层图像之间，满足了医学图像插值的要求。与线性插值相比，新算法的视觉效果好，计算误差小；插值结果可有效地应用于构建三维体模型。     

基于小波的医学图像插值

现有插值方法在进行医学断层图像插值时,不能兼顾灰度和形状的变化.为解决这一 问题,文中提出一种基于小波的医学图像插值算法.通过对原图进行小波变换,获得图像边缘对 应小波系数的位置信息,在断层图像的相应小波系数之间进行强度和位置插值,使新的图像不 仅在灰度上,而且在组织形状上,介于原来的断层图像之间,满足了医学图像插值的要求.与线 性插值、克立格插值相比,新算法的视觉效果好,计算误差小,插值结果可有效地应用于构建三 维体模型.     

基于VTK的三维纹理映射方法的实现及其应用

VTK是最著名的可视化软件开发包之一,三维纹理映射也是可视化领域的关键技术,但目前VTK不支持三维纹理。通过分析VTK的工作机制,对VTK进行扩充使之支持三维纹理映射;然后应用三维纹理映射方法实现了在三维几何模型叠加三维数据场,并将该方法应用于自主研发的可视化系统SVIP（Scientific Visualization Integrated Platform）,并取得了良好的效果。