基于WebGL的3D可视化告警系统关键技术研究与应用

如何将工业生产设备的运行情况形象立体的展示给管理者,一直是3D可视化研究领域的热点。本文提出了一种基于Web GL技术的3D可视化告警系统设备管理运维方案,在浏览器端对工业生产设备进行虚拟化仿真模拟,并把设备运行情况呈现给设备管理人员,使数据的展示更加形象立体,给设备管理者以交互感和沉浸感。此外,本文还研究了该方案实现过程中涉及到的场景渲染技术,通过改进基于八叉树的视锥体剔除渲染算法,提高了复杂三维场景的渲染性能,解决了系统渲染复杂三维场景时浏览器响应时间过长的问题。最后,本文给出了一个3D可视化告警系统的设计与实现。     

基于WebVR的医学体数据可视化

传统的医学体数据可视化通过计算机屏幕显示三维医学影像,由于使用者对二维屏幕缺乏深度感知,对于组织内各部位无法准确判断相对位置,难以观察理解。为了解决这个问题,结合虚拟现实(VR)技术与体绘制技术,提出并实现基于WebVR的医学体数据可视化系统。基于B/S模式设计系统的整体架构,浏览器端从服务器端获得体数据,使用WebGL调用本地显卡对渲染进行硬件加速。运用光线投射算法进行体绘制,渲染结果通过浏览器显示或使用WebVR连接至VR设备显示在虚拟空间中,实现沉浸式的可视化。同时,针对虚拟现实环境对光线投射算法提出优化方法,实现激光拾取、体数据内部可视化和平面裁剪的交互方式。系统实现了新的三维立体视觉的感知方式和方便灵活的交互功能,增强使用者对三维医学体数据可视化影像的感知。     

基于嫦娥一号探月数据虚拟月球立体显示系统

提出一项利用真实月球探测数据来准确构建月球立体虚拟显示系统的技术,在双通道立体环幕投影系统上实现.利用嫦娥一号探月卫星的探月数据,采用多边形细分算法、自动拼接图像算法、渐进网格简化算法等多个关键技术构造具有真实立体感的3D月球模型,在VRP虚拟现实平台上进一步实现立体月球虚拟仿真系统,实现在月球表面的实时虚拟自动或交互漫游,戴上立体眼镜观察月球模型,使人具有身临其境的效果.该系统得到了精度更高的月球模型数据,解决了海量采集数据与实时显示的矛盾.通过该项技术可进一步了解月球表面的真实结构,为月球的科学研究提供基础,可应用于月球环境研究、虚拟漫游、月球科普宣传与展示以及其它月球虚拟现实相关的领域,具有广泛的市场前景.     

虚拟场景中的实时视频显示研究

针对虚拟场景中实时视频显示过程中设计流程复杂,代码多,画面不畅等问题,提出了基于Kinect摄像头的实时视频添加方法。该方法以Billboard技术为基础,利用Kinect对现实场景进行彩色数据和深度数据捕捉,并在虚拟场景中进行实时渲染和显示,最终实现实时视频子窗口的添加工作。整个程序设计流程简单,渲染效果画面流畅。     

面向多投影显示墙的画面校正技术

多投影显示墙是缓解对超高分辨率显示屏幕不断增长的需求与单台显示设备分辨率有限性之间矛盾的有效手段,但目前还缺乏规范化的模式和方法以支持高精度、高可靠性的画面校正.提出一种颜色校正方案以解决上述问题.首先介绍多投影显示墙画面校正中存在的主要问题和现有的解决方法;在此基础上,给出了多投影显示墙的画面校正流程和几何校正方法;然后讨论了多投影显示墙画面校正结果的评价标准,提出了投影仪的广义颜色模型和基于搜索技术的视觉无缝方法.该方案使用数码相机实现了高精度的视觉无缝画面校正,从而提高了构造多投影显示墙的效率并降低了维护成本.校正结果在多种类型的投影墙系统中得到验证和应用,对指导多投影显示墙的搭建和维护具有较高的理论与实践价值.     

让面子生动起来——DTI-3D液晶显示器

随着计算机技术的飞速发展,越来越多的应用(如电脑游戏、3D设计等)都会涉及到3D渲染和画面显示,而传统的显示技术仍然采用2D方式来表现3D画面。为了尽可能真实地营造一个3D的环境,人们采用了一系列的辅助手段,如通过阴影效果增强物体的深度感,利用立体眼镜再现真实的现实环境等,但是这些方式不是效果不尽如人意,就是需要使用额外的设备,如何找到一种行之有效的3D显示方式,这正是许多显示器制造     

用Java 3D进行三维实体上-计算结果的展示

采用Java3D语言,对三维空间表面上的数据进行直观的可视化显示.首先把需要显示的数据折算成不同的颜色,然后在计算机中的三维立体模型上展示出来.展示出来的结果是交互的,可以改变观测角度及任意缩放.通过实例说明了该方法的具体实施过程.     

基于人眼视觉原理的虚拟现实显示模型

针对虚拟现实领域现有的显示模块无法提供满足人眼视觉规律的立体视觉效果这一问题,提出一种基于斜交视锥体立体摄像机模型的虚拟现实(VR)立体视觉解决方案。首先,通过研究人眼视域模型和人眼双目提取深度信息原理,建立双目视差数学模型;其次,使用工业引擎3DVIA Studio作为实验平台,依靠VSL编程语言进行画面分屏处理,通过设立父子关系,设置视觉交互模块,搭建VR交互立体摄像机结构;接着,通过建立点云模型,量化物体立体感观,探讨多种VR立体摄像机模型,从深度信息显示效果和畸变特性出发分析各个模型优缺点,逐步进行优化。分别建立了中心轴平行的正交视锥体摄像机模型、中心轴于观影距离处相交的正交视锥体模型,通过优化摄像机视锥体结构,形成斜交视锥体摄像机模型。最后使用3DVIA Studio进行实验,代入具体数据进行投影变换,结果显示斜交视锥体摄像机模型在保证深度信息显示效果的前提下很好地消除了畸变,能够提供优秀的视觉体验效果。     

复杂环境下雷达三维探测范围

构建虚拟战场系统,为实现雷达在复杂自然环境和复杂电子干扰环境影响下的雷达探测范围,根据高级传播模型(APM)的基本原理,并综合考虑电子干扰环境的影响,提出了一个改进的支援式干扰模型。该模型混合了APM和电子干扰模型,重点考虑了大气折射率的影响,可描述复杂自然环境和复杂电子干扰环境的双重影响。在可视化时,利用点绘制代替面绘制和中点代替插值点改进了移动立方体(MC)方法,提高了渲染速度。根据数据获取、数据处理和数据渲染的流程,利用可视化软件包(VTK)实现了对雷达探测范围的三维显示。     

虚拟座舱中平显功能实现算法研究

飞行平显画面和习机仪表显示是虚拟座舱中最为重要的部分,但在沉浸式VR飞行模拟训练器中,由于三维空间显示以及虚拟环境交互扩展使该过程的实现较3D游戏中要复杂得多。针对虚拟座舱平显显示要求,文中分析了在于微机平台上实现的难点：1）构造平显平面模型,2）产生显示字符集,3）实现三维动态有效遮挡等问题。并提出了三种不同的实现算法结构,最后给出了性能最好的适量字－虚拟平面遮挡算法的具体实现过程。     

多投影机非平面自动几何校正

非平面投影以其高度的沉浸感、多样的表现形式和灵活的场景布局,近年来越来越多地应用在虚拟现实、数字娱乐、展览展示等领域。非平面投影与平面投影相比,由于涉及到投影机位姿标定以及失真图像校正等问题,实现难度较高。目前的投影校正方法虽然可以通过重建或者非重建方法实现非平面屏幕投影的几何校正,但是它们多少都存在成本高昂,步骤复杂,需要人工干预,适用面窄等问题。针对非平面屏幕中最常使用的柱幕面型,提出一种非重建的多投影机投影几何校正方法,此方法可自动实现柱幕环境的几何投影校正,并且可对柱幕在加工中引入的倾斜、表面起伏等外形偏差予以修正,实现了复杂柱幕环境下多投影机高精度、短时间投影几何校正。提出的方法不仅适用于柱幕,还可扩展应用于其他可参数化描述的面型,如球面、双曲面、抛物面等面型的投影环境,具有广泛的适用性。     

一种面向多投影显示的全景视频分块编码方法

近年来虚拟现实技术快速发展,全景视频内容生成技术不断进步。内容呈现方面,多投影显示设备可通过集群驱动解决单机性能有限的问题,具有视角广、分辨率高、支持多人参与的优点。针对多投影显示设备的特点,设计并实现了一套全景视频分块编码格式及其相应的转码工具。该格式以现有的JPEG图像序列编码研究为基础,添加对立体全景视频分块编码的支持,实现双分辨率视频流动态适配机制,保证视角变化时视频的流畅播放,并添加非均匀分块编码的支持以针对实际需求定制分块参数,优化播放性能。实验结果表明,该方法可以有效提升多投影显示设备中高分辨率全景视频播放的流畅度。     

多投影显示墙的几何校正

随着大屏幕拼接技术的日益发展,多投影显示墙的几何校正成为备受关注的研究课题．在分析多投影显示墙几何校正中关键技术的基础上,提出了一种健壮的校正图案,并通过处理数码相机拍摄的该图案信息,提出一种高精度的平面幕几何校正算法;然后根据双目视觉的立体显示原理,将上述平面幕校正方案推广到立体平面幕系统,给出一种新颖的立体平面幕几何校正方法．     

Personal Varrier: Autostereoscopic virtual reality display for distributed scientific visualization

As scientific data sets increase in size, dimensionality, and complexity, new high resolution, interactive, collaborative networked display systems are required to view them in real-time. Increasingly, the principles of virtual reality (VR) are being applied to modern scientific visualization. One of the tenets of VR is stereoscopic (stereo or 3d) display; however the need to wear stereo glasses or other gear to experience the virtual world is encumbering and hinders other positive aspects of VR such as collaboration. Autostereoscopic (autostereo) displays presented imagery in 3d without the need to wear glasses or other gear, but few qualify as VR displays. The Electronic Visualization Laboratory (EVL) at the University of Illinois at Chicago (UIC) has designed and built a single-screen version of its 35-panel tiled Varrier display, called Personal Varrier. Based on a static parallax barrier and the Varrier computational method, Personal Varrier provides a quality 3d autostereo experience in an economical, compact form factor. The system debuted at iGrid 2005 in San Diego, CA, accompanied by a suite of distributed and local scientific visualization and 3d teleconferencing applications. The CAVEwave National LambdaRail (NLR) network was vital to the success of the stereo teleconferencing.     

三维立体显示系统的开发研究

三维立体显示技术是虚拟现实的关键技术之一,同时也是虚拟现实系统最基本的要求E本文中介绍了一 种如何基于现有微机平台的立体显示技术E我们借助立体液晶开关眼镜,运用立体显示技术即可在普通微机屏幕 上观察到具有真三维立体效果的静态画面与立体动画,具有极佳的立体视觉效果.     

基于数字微镜的旋转体扫描3维显示系统

体3维显示是真3维显示领域最前沿的一种解决方案,其优点是可以直接、多人、多角度同时观察。为了在真实空间显示复杂3维图像,研究并实现了一种基于数字微镜的被动式旋转体扫描3维显示系统,即首先利用人眼的视觉暂留特性,通过数字微镜将序列2维图像切片快速投影至旋转屏来完成真实3维图像的显示;同时分析了系统的组成和原理,并详细讨论了成像空间、体素激活装置和体3维引擎的硬件设计思想与软件核心算法。三棱锥和飞机实体模型的3维显示实验结果表明,用户可在360°范围内观察到轮廓清晰、立体感强的物体3维图像,说明该系统具备在真实空间显示复杂3维立体图像的能力,也说明方案是有效且实用的。     

Light-field head-mounted displays reduce the visual effort: A user study

Head-mounted displays (HMDs) allow the visualization of virtual content and the change of view perspectives in a virtual reality (VR). Besides entertainment purposes, such displays also find application in augmented reality, VR training, or tele-robotic systems. The quality of visual feedback plays a key role for the interaction performance in such setups. In the last years, high-end computers and displays led to the reduction of simulator sickness regarding nausea symptoms, while new visualization technologies are required to further reduce oculomotor and disorientation symptoms. The so-called vergence–accommodation conflict (VAC) in standard stereoscopic displays prevents intense use of 3D displays, so far. The VAC describes the visual mismatch between the projected stereoscopic 3D image and the optical distance to the HMD screen. This conflict can be solved by using displays with correct focal distance. The light-field HMD of this study provides a close-to-continuous depth and high image resolution enabling a highly natural visualization. This paper presents the first user-study on the visual comfort of light-field displays with a close-to-market HMD based on complex interaction tasks. The results provide first evidence that the light-field technology brings clear benefits to the user in terms of physical use comfort, workload, and depth matching performance.     

多投影仪无缝拼接显示中的颜色校正技术比较研究

基于多投影仪的无缝拼接显示是对图形、图像、视频等进行大范围、高分辨率显示的一种有效实现方式。多投影仪无缝拼接显示的一个关键是解决颜色失调问题,而现有的颜色失调原因的分析结果可归纳为投影仪输出颜色的变化特性和投影屏幕与投影环境的影响两个方面。近年来,为解决该问题已提出了多种颜色校正技术,而根据解决颜色失调问题的原理和实现方法的不同,这些技术可分为基于边缘融合的校正技术、基于单一投影光源的校正技术和基于颜色/亮度输出匹配的校正技术3类,并对这3类技术在无缝拼接显示效果、可维护性和可扩展性等方面的优缺点进行了较详细分析,该领域下一步的研究将会朝着兼顾不同投影机类型、不同形状和反射特性的投影屏幕和考虑运动中观察者的实时颜色校正方向发展。     

3‐D crosstalk and luminance uniformity from angular luminance profiles of multiview autostereoscopic 3‐D displays

Abstract— Autostereoscopic 3‐D display technologies enable a more immersive media experience by adding real depth to the visual content. However, the method used for the creation of a sensation of depth or stereo illusion contains several display design and content‐related issues that need to be carefully considered to maintain sufficient image quality. Conventionally, methods used for 3‐D image‐quality evaluations have been based on subjective testing. Optical measurements, in addition to subjective testing, can be used as an efficient tool for 3‐D display characterization. Objective characterization methods for autostereoscopic displays have been developed. How parameters affecting stereo image quality can be defined and measured, and how their effect on the stereo image quality can be evaluated have been investigated. Developed characterization methods are based on empirically gathered data. In this paper, previously presented methodology for two‐view displays is extended to cover autostereoscopic multiview displays. A distinction between displays where the change in content occurs in clear steps when the user moves in front of the display, and displays where the apparent movement of the objects is more continuous as a function of the head movement is made. Definitions for 3‐D luminance and luminance uniformity, which are equally important, as well as 3‐D crosstalk, which is the dominant factor in the evaluations of the perceived 3‐D image quality, is focused upon.     

基于矩阵变换的立体视频播放技术研究

立体图像按存储方式不同分为立体图片和视频,把左右格式立体图像准确传输到裸眼3D显示器的亚屏幕,是3D播放的关键技术。针对不同存储格式的立体图像,使用矩阵变换及视频融合算法,在FFmpeg函数库基础上构建立体视频播放器。实验表明该算法能将立体图像正确映射到左右眼亚屏幕。