基于OpenGL的三维地形的模拟

三维地形模拟一直是虚拟现实、地理信息系统(GIS)等领域的研究热点.提出了一种基于不同层次的多边形网格模型的地形生成算法,采用多重纹理映射技术,通过插值对应网格基本元素的位置实现模型之间的平滑过渡并生成地形连续LOD模型.通过该技术可以简化场景的复杂度,并对图形的真实感程度损失比较小.该算法是在VC++6.0平台上利用OpenGL编程技术实现的.实验表明:该算法具有较低的时间和空间开销,适合大规模三维地形的模拟.     

植物叶缘形态特征的建模和可视化研究

叶片形态模拟是植物建模和可视化的重要组成部分,而叶缘是叶片的一个重要形态特征.提出了一种交互式的叶缘生成方法,该方法首先利用边缘检测法从叶片的数字图片提取叶片的边缘轮廓,然后从边缘轮廓中选取特征点,并构成叶缘的拟合线;最后通过在边缘拟合线段上利用三角折线段和二次曲线等生成各种叶缘特征.系统同时提供了交互式的图形界面,用户能够方便地生成各种常见的叶缘形态特征.实验结果表明,该方法能够产生较强的真实感效果.     

用于TF/TA仿真试验的数字地形模型研究

采用数字仿真方法进行TF/TA实验时,需要生成飞行器在实战中可能遭遇到的各种真实地形场景。为了借助计算机模拟方法产生所需各种复杂多变的数字高程模型,提出了改进分形几何法和数学函数法来自动生成数字地形模型的方法。前一种方法可以根据需要控制地形的光滑度,可以为视景仿真系统提供具有细部特征的真实感地形;第二种方法产生的几种典型地形突出了不同地域的地形特点,多用于TF/TA算法的验证。大量的仿真结果说明了这些方法的可行性。     

基于灰度值算法与Diamond-Square算法的三维地形生成

分形地形的生成是三维自然景物的模拟的重要组成之一。研究了基于灰度值算法与分形插值算法的三维分形地形的生成。利用灰度值算法或Diamond-Square算法生成高度数据,同时作平滑处理,然后对高度数据着色并利用OpenGL纹理映射技术实现三维分形地形的生成并显示。这种方法可按照地形需求改变地形崎岖程度和地貌,在实验上基本上达到了真实感的效果。     

数字形态生成设计的形态策略

文章对有机或无机自组织形态的相关原理运用自组织理论来分析数字形态生成设计的形态策略，包括重复、律动、功能驱动、对称与非对称、去中心化、自适应等；其中，表现为律动的形态是典型的“势”的扩散，是时间序列上的进化在空间上的表达，这一类似自然界中的不平衡的状态是自然演化的前提，但自然界形态形成机制复杂，自组织也只是其中之一，因此不能完全囊括受到自然界形态启发的生成设计；文章也用案例分析论证了数字形态生成设计与经典建筑美学间的形态差异。数字形态生成设计凭借数字化工具模拟自然形态，探索自然形态的策略优势，经济和效率可能是形态背后的根本逻辑。     

基于概要图的数字地形生成方法

针对地形生成算法在易用性、可控性、真实感、速度等方面难以平衡的问题, 提出了一种基于概要图的地形生成方法. 该方法使用生成对抗网络, 在隐空间中对地形坡度、坡向等信息建模, 使生成的地形符合用户手绘概要图约束. 提出基于地形高度图的概要图提取算法, 可从真实地形高度图中提取出类似用户手绘效果的概要图, 快速构建数据集. 提出多尺度地形细节填充算法, 通过引入多尺度的概念, 使地形纹理细节得到了动态补充, 真实感美观度大幅提升. 提出了基于用户反馈的地形满意度评价方法, 并据此进行实验验证, 结果表明该地形生成方法可以准确高效地生成符合用户预期的数字地形.     

基于CUDA的数字重建影像生成算法

鉴于数字重建影像生成过程具有良好的并行性,实现了一种基于CUDA并行计算的数字重建影像生成算法。该算法首先在CPU端使用八叉树结构来剔除体数据中的空体素并将其载入GPU;然后在GPU中根据光线和线程的对应关系,设计光线内核函数来模拟一束X线穿透人体组织的衰减过程;最后在GPU中由多线程并行执行内核函数来完成DRR图像生成过程。实验结果表明,该方法在保证DRR生成质量的前提下能有效利用GPU的并行计算能力,提高DRR图像的生成效率,满足图像引导放疗中对DRR生成过程的实时性要求。     

基于水系改进的数字高程模型内插研究

流域地形是决定水系生成的一个关键性因素，是数字流域和分布式水文模型研究的主要内容。针对现有应用数字高程模型进行水文分析时存在的若干问题，在对当前数字高程模型的生成算法进行讨论的基础上，提出在利用现有方法进行内插的过程中加入河流数据进行方向判断和高程修正的算法。通过试验与分析，得出应用本方法生成的数字高程模型在保留精度的基础上，较好地反映了地表水文特征和河流结构，利用它不仅可以进行一般的地学分析，还能够作为水文模拟与研究的数据源。     

大面积人工数字地图生成软件的设计与实现

为给地形匹配研究提供低成本、大面积、生成速度快的随机数字地图,开发了一种数字地图生成软件.选用二维离散AR算法产生模拟数字地形,采用小块地图拼接的方法生成大面积地图.用标准C语言编程实现地形数据的快速生成和调用,并根据要求可以任意加入威胁地形.建立了便于调用数据的地形数据存储格式.利用该软件生成大面积数字地图速度快,面积可以按需要设定,生成的地形符合实际地形特征.由于每次生成的地形特征可以不相同,所以该软件可为地形匹配研究提供有效的大面积地形数据.     

改进四点细分法及其应用

对经典的四点细分格式进行推广，提出了可通过对形状参数的适当选择来实现对极限曲线形状调整和控制的四参数四点细分曲线造型方法，并把该方法扩展到曲面上，对其连续性和收敛性进行了分析。把四参数四点细分法运用于山地模拟，由于其中四个参数选取的灵活性，可对生成的地形形状进行适当的调整，生成比较丰富的地貌形状。细分方法具有多尺度特点，所以可对地貌进行细节描述。试验证明能够较好地生成模拟山地地形，为山地地形模拟仿真提供了一种有效的方法。     

基于等高线建立DTM中平坦区域的一种处理方法

对构筑三角形网格建立数字地形模型进行了研究,给出了基于散乱点和边建立三角形网格地形模型的生成算法和数据结构。在基于等高线生成的三角线网格地形模型中,平坦区域不能反映地表真实形状,文中给出了平坦三角形的修正方法。根据这些理论和方法,在ＡｕｔｏＣＡＤ Ｒ１４ ｆｏｒ Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下,用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＶｉｓｕａｌＣ＋＋４．２开发研制了应用程序。     

VR-GIS技术在高等级公路建设中的应用

以连霍国道主干线(GZ45)牛背(宝鸡)至天水段高速公路建设为例,主要从数据预处理、三维虚拟现实数字模型建立、工程填挖方计算与分析、三维巡航模拟飞行等几个方面,详细探讨了利用数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)、数字线划图(DLG)等基础地理空间数据及VR-GIS技术,为高速公路方案比选、选线及构筑物设计、环境保护、工程可行性分析提供可靠决策依据的技术方法。     

The Evolution of a WILDLAND Forest FIRE FRONT

The rate of the spread and shape of a forest fire front is a problem that has not been thoughtfully studied from a computer graphics perspective. Here, using physically based computer graphics modeling, we propose a model for the simulation of wildland fires over 3D complex terrain. The model is based on conservation laws of energy and species, which includes radiation convection, reaction and natural convection, and takes into account the endothermic and exothermic phases of this kind of phenomenon. As an application, a simulation of a wildland fire in the Ebro basin of Spain is presented. The results are visualized on synthetic imagery, obtained by using the digital model of the studied terrain plus its corresponding images acquired by the Spot 4 and LandSat TM satellites.     

Three-dimensional stochastic modeling using sonar sensing for undersea robotics

This paper describes an approach to the construction of three-dimensional stochastic models for intelligent systems exploring an underwater environment. Important characteristics shared by such applications are: (1) real-time constraints; (2) unstructured, three-dimensional terrain; (3) high-bandwidth sensors providing redundant, overlapping coverage; (4) lack of prior knowledge about the environment; and (5) inherent inaccuracy or ambiguity in sensing and interpretation. The paper develops an underlying theory of stochastic backprojection and demonstrates how such an approach satisfies these five needs for undersea robotics.Models are cast as three-dimensional spatial decompositions of stochastic feature vectors. A numerical approach to incorporating new sensor information is derived from an incremental adaptation of the summation method for image reconstruction. Error and ambiguity are accounted for by blurring a spatial projection of remote-sensor data before combining them stochastically with the model. By exploiting the redundancy in high-bandwidth sensing, model certainty and resolution are enhanced as more data accumulate. In the case of a three-dimensional profiling sonar, the model converges to a fuzzy surface distribution from which a deterministic surface map is extracted.To verify the fundamental properties of stochastic backprojection and the resulting models, computer simulations are used to demonstrate: impulse and ramp responses; mitigation of artifacts caused by deterministic processing; incremental increase in accuracy and reduction of uncertainty; and convergence. Two examples illustrate how this approach has been successfully applied in the field for three-dimensional modeling of a sunken shipwreck by a remote undersea vehicle and for backscatter modeling of undersea terrain.     

第四代地理信息系统研究中的尺度转换数字模型

分析了空间插值模型,数字地面模型和它们与地理信息系统集成的研究进展,存在的缺陷和需要解决的理论问题,论述了建立基于曲面论和遥感反演方法数字模型及实现其与地理信息系统有效集成的必要性和可行性。     

一种改进的地形熵匹配导航算法

提出了一种改进的地形熵辅助导航算法.因为地形熵算法丢掉了地形的相对位置信息及对地形数据做了归一化处理,使得其在地形跟随/地形回避中的应用存在着匹配误差容易发散的问题.基于此点,提出了基于卡尔曼滤波的惯性地形辅助导航方法,交互信息量等方法的地形熵算法,以改进该算法在地形跟随/地形回避中应用的性能.最后用matlab软件根据分形学中Weierstrass-Mandelbrot函数产生了模拟的数字地图,并对该地形匹配导航方法作了仿真研究,仿真结果表明该方法可以抑制误差的发散,并提高了地形匹配的定位精度.     

一种新的三维地景库的建模方法

针对传统的模拟器计算机成像系统之不足,提出了1种新的视景系统的建模方法,即基于矢量数字地图的三维地景生成算法。该算法以矢量地图为约束,各种地表纹理作为输入样图,用矢量地图中的高程信息构建三维地形网格,并根据矢量数字地图中图元之间的不同属性映射相应的纹理,得到了与矢量数字地图相一致的三维地景。与传统的地景库生成算法相比,新算法生成的三维地景更加真实精确;解决了以往地景库一经生成就无法更改的问题;具有一定的预测和重现场景的功能;缩短了地景库的开发周期,降低了开发成本。同时,运用了基于视点的地景数据动态调度策略,可实现真实场景的实时绘制。     

加速的QTA地形可视化算法

四叉树图集光线跟踪算法（QTA）是一种高效的平面地形可视化算法,在地形渲染相关的许多应用中（如矢量数据、谷地检测、等高线绘制等）都可以增加系统渲染速率。在QTA基础上,通过简化其中CRC算法的分支判断,引入新的屏幕误差控制策略,提出了一种新的光线投射地形可视化算法,同时对QTA中光栅化部分也进行了优化。该算法易于实现,且突破了原QTA算法只适用于平面地形的限制,算法实现了球形地形的可视化。实验结果验证了这一点,同时实验还显示,算法在不损失精度的情况下,具有更高的渲染速率。