基于图形处理器的Cuboid算法

近年来,基于图形处理器的通用计算获得了广泛关注,并在多个领域取得了进展.内存OLAP减少了磁盘I/O,但基于单核或多核CPU的计算能力及cache miss成为新的性能瓶颈,从而无法保证好的效率.而图形处理器由于其众多核和高带宽能够很好地适应OLAP计算特性.通过图形处理器来加速任一cuboid的计算,从而提高整个内存OLAP系统的性能.提出了基于图形处理器的分块并行算法,并对算法进行了优化及讨论了数据稀疏和数据分布倾斜等不同条件下的算法.算法通过扩展可以突破内存限制,组成磁盘、内存、显存三级流水线,适应海量数据计算;同时算法也可以作为计算整个cube的基础.通过实验比较,基于图形处理器的算法明显优于四核CPU算法.     

基于GPU的稀疏矩阵Cholesky分解

稀疏矩阵Cholesky分解是求解大规模稀疏线性方程组的核心算法,也是求解过程中最耗时的部分.近年来,一系列并行算法通过图形处理器(GPU)获得了显著的加速比,然而,由于访存的不规则性以及任务间的大量数据依赖关系,稀疏矩阵Cholesky分解算法在GPU上的计算效率很低.文中实现了一种新的基于GPU的稀疏矩阵Cholesky分解算法.在数据组织方面,改进了稀疏矩阵超节点数据结构,通过超节点合并和分块控制计算粒度;在计算调度方面,将稀疏矩阵Cholesky分解过程映射为一系列的数据块任务,并设计了相应的任务生成与调度算法,在满足数据依赖性的前提下提高任务的并行性.实验结果表明,该算法能够显著提高稀疏矩阵Cholesky分解算法在GPU上的实现效率,在单个GPU上获得了相对4核CPU平台2.69~3.88倍的加速比.     

图形处理器在分层聚类算法中的通用计算研究*

ROCK是一种采用数据点间的公共链接数来衡量相似度的分层聚类方法,该方法对于高维、稀疏特征的分类数据具有高效的聚类效果。其邻接度矩阵计算是影响时间复杂度的关键步骤,将图形处理器(GPU)强大的浮点运算和超强的并行计算能力应用于此步骤,而其余步骤由CPU完成。基于GPU的ROCK算法的运算效率在AMD 643500+ CPU和NVIDIA GeForce 6800 GT显卡的硬件环境下经过实验测试,证明其运算速度比完全采用CPU计算速度要快。改进的分层聚类算法适合在数据流环境下对大量数据进行实时高效的聚类的     

基于切片原理的海量点云并行简化算法

针对传统点云简化算法效率低且处理点数少的缺陷,结合快速成型领域的切片原理顾及特征计算复杂度低的特点,设计并实现了适合千万级海量激光雷达（LiDAR）点云的并行切片简化算法。该算法根据切片原理对点云模型分层并按照角度排序,利用NVIDA的统一计算设备架构（CUDA）和可编程图形处理器（GPU）高度并行的性能优势,使用GPU多线程高效并行地执行单层切片点云简化,提高了算法效率。最后,应用3组不同数量级点云模型分别进行简化对比实验。实验结果表明：在保持模型特征与压缩比不变的情况下,所提算法效率高出传统基于CPU的串行切片算法1～2个量级。     

基于GPU的稀疏矩阵向量乘优化

针对稀疏矩阵运算难以发挥图形处理器的强大运算能力的现状,基于图形处理器的统一计算架构,在线程映射、数据复用等方面研究了一系列并行计算优化方法,从而完成了一种行压缩存储表示下的稀疏矩阵向量乘并行算法.这些优化方法包括:(1)利用Warp内线程天然同步特性,Half-warp完成结果向量一个元素的计算;(2)取整读取数据,实现合并访问;(3)输入向量放入纹理存储器,数据复用;(4)申请分页锁定内存,加速数据传输;(5)使用共享存储器,加速数据存取.实验分析表明,提出的各种手段起到了优化的作用.与已有的CUDPP和SpMV library中的CSR-vector算法相比,本算法获得了更高的存储器带宽和浮点运算吞吐量;整体性能比CPU串行执行版本快了3倍以上.     

基于图形处理器的模糊C均值聚类分割算法

针对模糊C均值聚类图像分割算法运算量大、难于实时处理的问题,提出了一种基于图形处理器的加速算法。通过分析模糊C均值聚类算法各阶段可以并行处理的运算部分,利用计算统一设备架构软硬件结构,分别将隶属度矩阵计算、聚类中心计算和像素按隶属度归类3个部分改造成适合图形处理器硬件并行运行的形式。实验结果表明,相对于CPU串行算法,基于图形处理器的加速算法效率提升明显。鉴于大多数图像处理算法均具有可并行处理的部分,利用图形处理器进行加速具有普适性。     

基于GPU和均匀栅格法的光线追踪算法研究

由于GPU(图形处理器)性能的大幅提高和可编程性的发展,基于GPU的光线追踪算法逐渐成为研究热点。光线追踪算法需要的计算量大,基于此,分析了光线追踪算法的基本原理,在NVIDIA公司的CUDA(计算统一设备体系结构)环境下采用均匀栅格法作为加速结构实现了光线追踪算法。实验结果表明,该计算模式相对于传统基于CPU的光线追踪算法具有更快的整体运算速度,GPU适合处理高密度数据计算。     

点云模型适应性上采样算法

针对点云模型采样密度的不足,提出一种新的适应性上采样算法。算法首先采用均匀栅格法建立点云模型的拓扑关系,提高数据点K-邻域的查找效率,利用协方差矩阵求取点云模型中数据点的法向量,并用法向传播算法进行法向重定向,然后检测点云模型中采样点密度不足的区域,在采样密度不足区域的点的切向矩形平面内适应性均匀采样,并把这些采样点几乎垂直投影到点云模型所在的原始曲面上,由此得到的模型即为上采样模型。该算法得到的上采样模型可以较好地补充点云模型的细节信息,能够满足点云模型的绘制和后续几何处理的需求。     

图形处理器在通用计算中的应用

基于图形处理器(GPU)的计算统一设备体系结构(compute unified device architecture,CUDA)构架,阐述了GPU用于通用计算的原理和方法.在Geforce8800GT下,完成了矩阵乘法运算实验.实验结果表明,随着矩阵阶数的递增,无论是GPU还是CPU处理,速度都在减慢.数据增加100倍后,GPU上的运算时间仅增加了3.95倍,而CPU的运算时间增加了216.66倍.     

基于支持向量机的优化子采样曲面表示研究

讨论了基于点云数据的曲面表示问题．采用ε-支持向量回归机和v-支持向量回归机实现点云数据的两次预处理．使用贪婪算法求解几何优化问题,从而得到点云数据的一个曲面表示．实验结果表明,所提方法具有建模光顺性好、处理速度快等优点．     

点云模型的噪声分类去噪算法

针对三维点云模型数据在去噪平滑过程中存在的不同尺度噪声和算法计算耗时问题,提出了点云模型的噪声分类去噪算法。该算法根据噪声点分布特性,将其分为大尺度和小尺度噪声,先利用统计滤波结合半径滤波去除大尺度噪声;然后使用快速双边滤波对小尺度噪声进行平滑,实现点云模型的去噪和平滑。与传统的双边滤波相比,利用快速双边滤波对点云模型数据进行平滑,有效地提高了计算效率。实验结果表明,该算法对点云噪声进行快速平滑去除的同时又能有效地保持被扫描物体的几何特征。     

采用八叉树和OSG分页结点的海量点云三维可视化

针对现有海量点云可视化方法存在索引构建时间长、内存占用大等问题，研究一种八叉树索引结合OSG分页结点的快速可视化方法，可在占用较小内存的基础上快速建立点云索引并实时调度。采用八叉树索引结构对海量点云进行数据组织，建立各层级的八叉树结点并以文件映射的方式分块保存，对结点文件重组织转换为支持OSG渲染引擎的多分辨率点云数据。采用基于OSG分页结点的实时调度技术，对海量点云进行高质量可视化。与目前两款主流的点云数据处理商业软件进行实验对比分析，结果表明所提方法具有索引建立速度快、内存占用小等优点，同时可视化交互更加流畅，适用于各种配置计算机下海量点云数据的调度管理与实时可视化。     

Supervised identification and reconstruction of near-planar geological surfaces from terrestrial laser scanning

Terrestrial laser scanning is an effective method for digitally capturing outcrops, enabling them to be visualized, analyzed, and revisited in an office environment without the limitations of fieldwork (such as time constraints, weather conditions, outcrop accessibility, repeatability, and poor resolution of measurements). It is common practice in geological interpretation of digital outcrops to use visual identification and manual digitization of pointsets or polylines in order to characterise geological features using 3D CAD-like modules. Other recent and less generic approaches have focused on automated extraction of geological features by using segmentation methods, mostly based on geometric parameters derived from the point cloud, but also aided by attributes captured from the outcrop (intensity, RGB). This paper presents a workflow for the supervised and automated identification and reconstruction of near-planar geological surfaces that have a three-dimensional exposure in the outcrop (typically bedding, fractures, or faults enhanced by differential erosion). The original point cloud is used without modifications, and thus no decimation, smoothing, intermediate triangulation, or gridding are required. The workflow is based on planar regressions carried out for each point in the point cloud, enabling subsequent filtering and classification to be based on orientation, quality of fit, and relative locations of points. A coarse grid preprocessing strategy is implemented to speed up the search for neighboring points, permitting analysis of multimillion point clouds. The surfaces identified are organized into classes according to their orientations and regression quality parameters. These can then be used as seeds for building outcrop reconstructions or further analyzed to investigate their characteristics (geometry, morphology, spacing, dimensions, intersections, etc.). The workflow is illustrated here using a synthetic example and a natural example from a limestone outcrop, in which surfaces corresponding to bedding and three fault orientations were reconstructed.     

基于特征点和改进ICP的三维点云数据配准算法

在光学非接触三维测量中,复杂对象的重构需要多组测量数据的配准。最近点迭代(ICP)算法是三维激光扫描数据处理中点云数据配准的一种经典的数学方法,为了获得更好的配准结果,在ICP算法的基础之上,提出了结合基于特征点的等曲率预配准方法和邻近搜索ICP改进算法的精细配准,自动进行点云数据配准的算法,经对牙齿点云模型实验发现,点云数据量越大,算法的配准速度优势越明显,采用ICP算法的运行时间(194.58 s)远大于本算法的运行时间(89.13 s)。应用实例表明:该算法具有速度快、精度高的特点,算法效果良好。     

一种快速模糊图像边缘检测算法

针对传统模糊方法处理速度慢的弱点,该文建立了一种新的快速图像处理算法,包括模糊图像增强、模糊平滑和模糊边缘检测,该方法利用相应算法建立快速查找表,通过简单的查表运算,大大提高了图像处理速度。所提方法的快速性和有效性在B-超图像应用后得以证明,并取得了比其他处理方法好的效果,为这种新的快速模糊图像边缘检测算法在B-超临床应用打下基础。     

基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法

针对三维点云数据模型在去噪光顺中存在不同尺度噪声的问题,提出一种基于噪声分类的双边滤波点云去噪算法。该算法首先将噪声细分为大尺度和小尺度噪声,并使用统计滤波结合半径滤波对大尺度噪声进行去除;然后对三维点云数据进行曲率估计,并对现有点云双边滤波进行改进,增强其鲁棒性和保特征性;最后使用改进的双边滤波对小尺度噪声进行光顺,实现三维点云数据模型的去噪、光顺。与单独使用双边滤波、Fleishman双边滤波相比,改进算法在三维点云数据模型光顺平均误差指标上分别降低了50.53%和21.67%。实验结果表明,该改进算法对噪声进行尺度的细分既提高了计算效率,又避免了过光顺和细节失真,较好地保持模型中的几何特征。     

基于红外云图的台风中心智能定位方法

台风中心附近的云墙是同心圆状云带且其灰度值范围较固定,针对该特点,利用红外云图对台风中心进行智能定位,提出由云图预处理、Snake活动轮廓模型提取台风云墙轮廓点、最小二乘法拟合圆组成的3步定位方法。实验结果表明,该方法定位速度快、精度高,能满足气象业务的实时性要求。     

基于数据类型转换的点云快速有损压缩算法

针对海量三维点云数据为计算机存储和传输增加沉重负担的问题,提出一种基于数 据类型转换的点云快速有损压缩算法。首先设计出一种数据类型转化规则-FtoI 规则,根据FtoI 规则将浮点数类型点云转换成整数类型点云,然后将整数类型点云切分成许多小单元面块,每一 单元点云生成最小生成树,按广度优先的顺序对树形结构进行编码。同时,按照树形结构对父子 节点的差值进行编码,把整型差值分成两部分编码,符号一部分,其绝对值一部分,其中绝对值 部分采用算术编码进行压缩。实验表明该文算法在保证整个三维点云模型的质量情况下,具有不 错的压缩速度和压缩率。     

不规则复杂牙冠模型的建立及优化分析

从牙齿扫描的点云数据出发,提出优化的快速行进距离场构建算法用于实现牙冠 模型的高精度快速生成。借助计算机辅助工程中的应力有限元分析方法,获得网格单元上的受 力情况,建立有限元实体网格单元与三角面片网格模型面片间应力关系模型。利用仿真引导设 计的方法实现常规临床治疗手工加工过程的数字化和虚拟化,从而有效加速建模过程,并将模 型修整部分提前到设计阶段。通过创建并优化后的模型可简化治疗程序、缩短治疗周期、减轻 病人痛苦。     

一种有序点云快速去飞点算法

在结构光高精度测量与生产线自动化结合的过程中往往要求实时性.为了有效提取测量物体的点云信息以及提高运算效率,利用面阵相机与投影仪像素点有序的特性,提出一种针对有序点云的快速去飞点算法.首先,根据点云数据估计投影矩阵,通过估计的投影矩阵把点云投影到一个像平面,然后基于滑动窗口把像平面上的每一个点最近邻搜索k个临近点,最后...