二维和三维矢量场的可视化

矢量场可视化用来帮助人们直观理解二维和三维矢量场。由于目前的矢量场可视化方法只能展示二维矢量场的方向而不能展示强度,并且对于三维矢量场可视化的效果不太令人满意,因此本文提出了用线积分卷积来实现二维平面矢量场可视化,以及三维空间矢量场可视化的方法。对于线积分卷积中的流线跟踪,利用扩展的Bresenham画线算法的思想,实现了二维平面和三维空间流线的跟踪,并且通过建立一个二维表和三维表来分别存储二维平面矢量场和三维空间矢量场中每个点在流线中的上一个点和下一点的位置,来避免传统流线跟踪方法的冗余计算,提高了效率。对于二维平面矢量场,把线积分卷积的结果和矢量的强度进行加权平均,从而利用输出图像的纹理和颜色,共同来表现矢量场的方向和强度。对于三维空间矢量场,利用体线积分卷积（Volume Line Integral Convolution, Volume LIC）的方法来得到输出体纹理,并且用光线投射的体渲染方法来展示三维空间矢量场。结果显示出本文的方法能够清晰直观的看到二维平面矢量场和三维空间矢量场。     

基于似三棱柱构模的三维地质体的剖切

根据地质体的层状特征和钻孔数据的特殊性,采用似三棱柱体作为基本体元构建三维实体模型.对三维实体的剖切能显示实体的内部细节.基于对话框模式的交互方式,采用旋转平面法矢量的方法确定任意剖切平面,并提出多边形拼接实体剖切截面的方法.该方法加快了三维实体剖切截面的显示速度,并在实际工程项目中得到了具体应用.     

三维地质结构模型的切割分析技术及方法

为了清晰地展现模型的内部细节，需要对三维地质模型进行剖切、开挖等分析处理。该文基于空间三角网切割算法TriCut，提出了单个块体的平面剖面生成算法，该算法可实现任意形状的复杂块体的平面剖面的自动、快速、准确的生成。根据该算法实现了地质模型的任意切割分析功能，包括生成剖面图、栅状图等可视化的图件以及基坑开挖、隧道模拟等功能。     

基于旋转矢量法的三维管线建模

管线三维可视化的一个重点问题是对于从原有二维管线中心线数据中计算提取出管线表面顶点的坐标,难点在于弯管处的表面处理。文中提出基于旋转矢量法的三维管线建模方法,能够生成连续的三维管线,并可以控制管线的精细程度。实验表明此方法便于理解,计算量小,生成的管线表面平滑。     

医学图象体数据场的剖切显示方法

为了给医生提供一些全面、直观和准确的诊断信息 ,讨论了一种对医学图象体数据场进行二维和三维剖切显示的方法 ,其中对于二维剖切显示 ,可首先由用户通过人机交互的方式来给出对体数据场进行任意剖切显示的路径 ;然后运用反求工程的求解思路沿切割路径进行量化和采样来得到沿切割路径上每个采样点在对应图象坐标空间中的位置 ,并由此获得剖切平面上所有采样点的空间位置坐标 ;最后通过对体数据场进行重采样和插值操作来实现对空间体数据场的二维任意剖切显示 .对于三维剖切显示 ,可首先采用与二维剖切操作类似的图象采样和插值操作来获得纹理数据阵列 ,然后结合纹理映射技术 ,将纹理数据映射到三维坐标空间中 ,以实现数据场的三维空间剖切显示     

多个剖切平面下剖视图的生成

利用AME提供的应用程序接口(API),对AME模块中的功能进行了改进,新的剖面命令可以得到任意多个剖切平面下三维实体的剖视图,并且突破了AME剖面只能是全剖视图的限制。     

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.     

三维有限元模型的任意剖切及其等值线与彩色云图生成的方法

对三维有限元模型快速有效地生成任意剖面上等值线及彩色云图,是有限元计算后处理中的一个重要技术。该文在建立单元信息描述表的基础上,提出了一种适合于任意三维实体单元类型的通用剖切算法,和在剖切面及外表面生成等值线或高质量彩色云图的方法。     

基于平面矢量场的可视化方法的研究

平面矢量场可视化是科学计算可视化的重要研究内容。矢量场以直观的图形图像显示场的运动,透过抽象数据有效洞察其内涵本质和变化规律,广泛应用于计算流体力学、航空动力学、大气物理和气象分析等领域。对平面矢量场进行可视化的方法有很多种,常见的有点图标法、流线法、线积分卷积法和拓扑分析法等。论文主要研究常见的可视化方法,分析它们的性能,并通过实际的例子,对具体的可视化结果图像进行比较。通过该研究,能够给人们在选择可视化方法时提供依据。     

三维模型剖面轮廓线的实现

提出一种快速实现三维模型剖面轮廓线的方法．该方法首先求出三维模型与剖切平面的交点．然后对交点按扇型区域进行归类,再在每个扇型区域内选取适当的点构成剖面轮廓线的基准点．最后对选出的基准点拟合,实现三维模型的剖面轮廓线。     

基于顶点法向量约束的Catmull-Clark细分插值方法

提出一种基于顶点法向量约束实现插值的两步Catmull-Clark细分方法.第一步,通过改造型Catmull-Clark细分生成新网格.第二步,通过顶点法向量约束对新网格进行调整.两步细分分别运用渐进迭代方法和拉格朗日乘子法,使得极限曲面插值于初始控制顶点和法向量.实验结果证明了该方法可同时实现插值初始控制顶点和法向量,极限曲面具有较好的造型效果.     

3维碎片拼合的算法研究

为实现艺术珍品保护或古器物修复中3维碎片的比对和拼接,提出了一种空间任意形状的3维碎片拼合算法。该算法首先对由实物测量数据建立的三角网格模型进行预处理,即去除模型中所存在的一些缺陷,以提取模型边界轮廓曲线;然后对碎片的边界轮廓离散点进行五次B样条插值,同时计算轮廓曲线上各个点的曲率、挠率和法矢,并据此分析3维碎片轮廓曲线的几何特性;接着根据轮廓曲线上各个点的总曲率来检测轮廓的特征点,并对轮廓进行分段;最后根据曲率、挠率的变化对不同轮廓上的特征段进行相似性度量,并运用法矢对相似性程度较高的轮廓段进行可匹配性验证,同时计算出可匹配轮廓段的坐标转换关系,以实现碎片的拼合。实例表明,该算法是高效、稳定的。     

多边形和多面体顶点法矢的数值估计

证明了两个定量，定理1揭示了三点多边的外接圆在中点处的法矢与两个边界法矢的关系；定理2揭示了四面体外接球面在中点处的法矢与三个相邻三角平面的法矢量的关系，给出了一个判别二维多维边形和三维多面体顶点法矢计算方法优劣的准则，在此基础上，提出一种用于估计三维多面体顶部的法矢量的计算方法，两个例子说明文中给出的准则和算法的合理性和实用性。     

基于八叉树的三维散乱数据点的法矢的估计

提出了一种基于八叉树的三维散乱数据点法矢估计的方法。该方法利用八叉树来建立散乱点之间的几何拓扑关系,从而可以方便,快速地搜索散乱点的ｍ领域点集。并引入阈值Ｔｈ来消除噪声的影响。计算这ｍ个领域点与该点组成的相交于该点的ｍ－１个三角形的法矢的均值,并作为该点法矢的估计。     

基于点的造型中如何计算采样点的法向量

随着三维扫描技术的迅速发展,以及大量采样点数达百万数量级的高精度模型的产生,使得基于点的绘制技术逐渐成为热点。文章介绍了一种在基于点的造型中不必经过三角化,由采样点直接计算法向量的方法。该方法首先找到当前点周围的临近采样点;然后,根据最小二乘法由这些临近点近似计算当前点所在位置的切平面;最后,将切平面的法向量作为当前采样点的近似法向量。试验表明,该方法可以快速有效地计算采样点的法向量。     

一种基于法矢修正的散乱点云数据平滑处理算法

在分析现有滤波方法局限性的基础上,提出了一种基于测量点法矢修正的散乱点云数据平滑处理方法,通过对特征区域和非特征区域采用不同的法矢修正方法,使光顺后的点云不但达到了非常光滑的效果,而且保持了点云的形状和特征。大量实例验证了该算法的可行性。     

基于法向量的非线性逼近型细分格式

提出一种二进制的几何非线性逼近型细分格式。在该格式中,新点不全是旧点的线性组合,其中一个新点是通过在法向量方向偏移所产生,且法向量在每次细分中能自适应计算。引入一些参数来控制细分过程,且参数对曲线形状的影响是局部的。实例证明,通过选择适当的参数值,产生的细分曲线具有保凸性和 连续性。     

局部特征熵的网格非均匀简化算法

针对三维模型简化后的精度与效率上难以平衡的问题进行研究,提出一种局部特征熵的半边折叠非均匀网格简化算法。采用两次局部区域聚类探测,首先探测三维数据点所在边聚类局部区域,获取该探测区域法向量,其次以三维数据点临近点区域的重心约束来探测二次聚类区域法向量;根据信息熵的定义利,用两次探测的法向量之间夹角信息构建局部区域特征熵值做为半边折叠的代价,局部区域特征熵越大表示该区域越趋于平面,应优先简化,否则当保留;最后采用三角形内角判断方法来保留简化后网格中三角形的正则度,以减小变形引起的误差。实验结果表明,本算法在三维模型分均匀简化中在局部细节特性精度上和时间效率上能达到较优的平衡。     

OpenGL显示3DS模型若干问题的研究

根据OpenGL进行三维显示的处理过程和3DS文件中三维模型的数据组织结构,说明了如何从3DS文件得到OpenGL显示所需的数据。讨论了OpenGL显示三维物体时法线向量的作用,给出了一种高效的法线向量求解方法,该方法比现有方法的速度快一至两个数量级。最后讨论了如何利用3DS文件中的关键帧数据正确地显示带动画信息的模型。     

利用法向矢量计算三维物体间的距离

机器人路径规划和装配路径规划都要计算空间两个物体之间的距离，实时仿真系统则要求算法既简便、快速，又能够支持规划算法．本文提出了基于Ｂ－Ｒｅｐ的计算三维物体间距离的方法，即利用物体的表面法向矢量直接计算三维物体间的定向距离．该方法达到了上述系统对物体间距离的检测要求．