三维缓冲体生成栅格算法研究

在对距离变换进行深入研究的基础上,提出一种高效的、基于栅格的等值面扩张的三维缓冲体生成算法．该算法采用桶排序的方法处理体元,并且设计了信息在三维空间的传递路径,算法复杂度为O（V）．     

桥式起重机三维吊装路径规划

桥式起重机吊装路径规划研究大部分是在二维环境下进行的,在三维环境中的路径规划研究较少,且目前关于桥式起重机的三维路径规划方法多是基于传感器导航的Srinivas算法。该算法的参数是根据经验得到的,且在不同环境中很难准确选择最优值。所建立的环境模型障碍物约为两个,无法证明在更多障碍物的环境中是否仍然可以保证路径最优且安全防撞。鉴于智能算法的优势以及在机器人领域中的成功应用,提出了基于改进蚁群算法的三维吊装路径规划方案。建立静态且环境已知的桥式起重机三维作业环境模型,利用栅格法划分空间,将桥式起重机所吊重物最大摆动距离与其安全通过障碍物的距离之和设为安全距离,且对蚁群算法的启发函数、适应度函数、信息素更新公式等进行了改进,使其应用于桥式起重机三维环境的吊装路径规划。Matlab仿真研究结果证明了该方案的可行性与有效性。     

求k邻域的体素栅格算法研究

给定一个度量空间中的一组数据点集,k邻域问题在于对于某个数据点求出按照该空间的距离度量离数据点最近的k个数据样本。目前主要有2种方法,一种是基于立方体分割形成的三维立方体体素索引数组的体素栅格（CG（Cell Grid）方法,另一种方法是基于树索引结构的方法如kd-Tree等。论文主要研究经典CG方法及解决其内存消耗过多问题的两个改进方法：排序体素栅格（SCG）方法和投影体素栅格（PCG）方法。CG、SCG、PCG算法采用了改进的搜索方法,避免了传统CG算法[2-4]可能得到错误k邻域的问题。对三种算法的时空性能进行了分析比较,给出了相应的实验比较数据。     

基于三维栅格模型的最短距离等值面提取

通过研究三维最短距离分析及MC算法,提出基于三维栅格模型的最短距离等值面提取算法,通过导入费用数据和源点数据,即可自动输出到达源点任意有效取值的最短距离等值面。该算法允许输入多个源点,并可应用于非均质三维空间中。实验结果表明,该算法设计合理、可行。     

基于栅格地图的机器人覆盖路径规划研究*

研究了基于接触传感器的机器人覆盖问题,提出了基于栅格地图的内螺旋覆盖(ISC)算法.ISC算法通过边界探索获得环境边界地图之后,在线规划覆盖路径,用距离转变的搜索方法保证了完全覆盖,通过设置gate栅格降低了重复覆盖率.通过对三个房间组成的室内环境的覆盖仿真试验验证了该方法的可行性.     

一种基于视点距离的三维模型特征提取算法

如何对三维模型进行特征提取是近年来出现的三维模型检索中的主要问题.文章给出了一种基于视点距离的特征提取算法,该算法利用正规化后的三维模型表面到观察点的距离信息生成六幅距离图像,然后对图像进行二维傅立叶变换并对变换后的频域信息进行低频采样从而得到三维模型的特征向量.该算法克服了基于三维投影的二维图像轮廓算法中丢失模型空域信息、缺乏对图像内部信息进行描述的缺点.实验结果表明,该算法比基于轮廓算法的检索精确度提高了19%.     

基于Java3D的三维栅格生成与可视化*

针对在实际生产过程中采样点数据之间的相关性对生成的三维栅格数据影响的问题,使用了八分域搜索算法以及实验变差函数来改进原有的距离反比加权算法。该方法能够减少搜索距离以及丛聚效应,并且使用Java3D创建了三维可视化的虚拟场景,对最终生成的三维栅格进行显示。最后,通过可视化的效果,证明改进后的算法更符合实际情况。     

基于栅格三元距离变换的GPS里程统计算法

为了提高GPS里程统计的精度,提出了一种基于栅格三元距离变换的GPS里程统计算法.首先,将离散的GPS轨迹数据映射成为连续的栅格序列,进而通过三元栅格子序列的空间排列定义距离变换算子,并基于统计分析建立距离变换算子的动态调整模型,进行误差补偿,最终实现高精度的GPS里程统计.为验证算法有效性,设置了连续线段法与栅格欧氏距离变换法两个传统里程统计算法作为对照组,进行里程统计对比实验.实验中,该算法里程统计误差均值约0.24％,标准差为0.55％.相较于对照组算法,该算法表现出了更好的误差特性,实现了更高的里程统计精度.     

表面模型缓冲区分析方法

三维缓冲区分析是三维空间分析的基本功能之一,也是三维地理信息系统的重要组成部分.针对目前空间对象表面模型的缓冲区分析算法尚不完善的问题,提出基于空间填充思想的三维缓冲区分析方法.首先将表面模型离散化;然后基于带符号的欧氏距离算法和缓冲距筛选体素;再应用隐式曲面重构算法构建三维缓冲区参考曲面;最后从缓冲控制点和参考缓冲曲面出发,计算得到光滑,精确的缓冲区分析结果.从方法复杂度、可视化效果、缓冲区等距性等方面将文中方法与栅格模型缓冲区方法进行对比的结果表明,该方法具有较强的通用性与扩展性,同时能够处理空间对象的内,外缓冲区等复杂情况.     

基于特殊点跟踪的线状目标矢量化研究

针对单像素线宽线状目标栅格图像矢量化,提出了一种基于特殊点跟踪的矢量化算法。该算法通过提取曲线端点和曲线间交叉点这两类特殊点,以扫描跟踪的方式提取曲线上的所有像素点坐标,采用Douglas-Peucker法对曲线栅格点进行压缩,获得最终矢量图。实验结果表明,该算法能够有效地实现线状目标栅格图像的矢量化,在选取数据压缩阀值为2个像素的情况下,矢量图与原栅格图的距离差均值小于0.4个像素,数据压缩比大于850。     

一种面向GIS空间数据的聚类方法

一个好的聚类算法应该是用户输入参数少,对噪声不敏感,能够发现任意形状,可以处理高维数据,具有可解释性和可扩展性.将聚类分析应用于地理信息系统中,可以实现对GIS数据信息概括和综合.文中提出一种基于距离阈值相邻的聚类算法,通过距离阈值可达的方式逐个将对象加入到已知聚类中,可以发现任意形状的聚类并对噪声数据有很好的分离效果,实验中将该算法应用于地理信息系统中的数据挖掘实现上,结果证明此算法对于实现GIS聚类具有满意的效果.     

基于栅格的三维GIS缓冲体分析研究

缓冲区分析是二维GIS空间分析的基本功能，但目前对三维GIS中的缓冲体分析研究较少。该文对三维缓冲体分析的意义进行了分析，并针对地质应用，根据生长元是否向周围均匀扩散及扩散周围是否存在障碍物，对三维缓冲体的种类进行了划分。提出了有约束缓冲体的生成算法，讨论了非均质的缓冲体的生成算法。     

三维GIS空间对象层次细节比例变换综合算法

提出了一种基于改进的Reactive-Tree数据结构的空间地理信息数据组织策略Improved Reactive-Tree（简称IR-Tree）及其相关算法，该算法在预处理中建立基于三维空间对象静态质量的IR-Tree；然后在具体的三维GIS场景绘制过程中，根据不同的视点和视角计算考虑当前视距的空间对象动态质量，从而调整空间对象的优先级顺序；再通过文中算法2和算法3动态地计算和输出当前比例和视点下的空间形体，实验结果表明：考虑视点因素的层次细节比例变换算法能取得更好的显示效果，从而满足当前三维GID应用的需求．     

可控的三维Morphing

提出了一种基于距离场插值的三维Morphing算法.该方法通过解析距离场来实现三维Morphing,使过渡形体的光滑性不依赖于原模型的离散剖分精度.同时,给出了基于约束点对和变形控制体的交互形状过渡算法,用户可由此直观而方便地对变形过程实施有效的控制.多个变形实例证明,该算法能够方便地实现两个任意定向流形模型间的可控三维Morphing.     

用于建立三维GIS的八叉树编码压缩算法

复杂的空间数据结构在三维GIS领域中占有突出的地位,它直接关系到GIS的功能和效率,为了有效地进行三维GIS大量数据的存储和管理,重点讨论了三维GIS栅格数据结构中的八叉树编码压缩技术,由于Morton码值的排序是实现八叉树编码压缩的基础,为此,根据Morton码排序的特殊性,提出了采用时间复杂度为O（n）的计数排序算法,使排序速度大为撇提高,在此基础上进行压缩处理,并对算法的时间及空间复杂度进行了分析,在PC机上进行的模拟实验结果表明,在目标复杂度一定的前提下,八叉树存储数据占用空间小（当分割阶次为9阶时,八叉树存储量只占栅格存储量的4.32%）,是一种较为理想的描述复杂海量地理空间数据的压缩结构。     

受地理边界限制的Barnes插值

以地面近实时气象要素分析图Web服务为目标,提出一种基于地理边界的Barnes插值方案,实现地面气象观测数据对格点场的插值。首先使用数值微分法和种子填充法得出地理边界剪裁矩阵,进而从Barnes插值算法中分离出插值权值常量,最后将其用于格点插值分析工作。方案不仅可以改善图形分析品质,而且去除了GIS出图过程中的图形剪裁步骤,明显缩短图形分析产品所花费的时间。该技术已用于中国天气网、四川气象网、成都公共气象服务网、四川农村信息网等多个公共服务网站的二维、三维地面近实时气象要素图形分析服务。     

结合Delaunay 三角面分离法与搜索球策略的三维曲面重建算法

基于曲面重建在计算机图形学、三维GIS、逆向工程等领域有重要应用,结合区 域生长法与Delaunay 三角剖分的优势,提出了一种新的散乱点云曲面重建算法。首先根据曲面 中轴性质提出了分离角定义并推导了相关结论,利用局部Delaunay 三角形分离角性质抽取大量 位于模型表面三角形,从而构建种子三角网增加初始区域的生长面积其次运用自适应搜索球法 加快邻域三角形搜索并识别曲面边界。对比传统的基于Delaunay 法和传统区域生长法,该方法 只需要一次三角剖分,无需极点与法向量计算,重建速度快,具有Delaunay 三角网格的优良结 构特性,孔洞数量少,重建出的三维模型几何信息与拓扑关系准确。实验表明,结合Delaunay 三角剖分与区域生长法重构有向的流形三角网格模型,能够提高三维模型的重建效果与速度, 有效地自动识别曲面边界。