人体经络循经感传的三维虚拟仿真研究与实现

医学在人体经络模型建立的基础上,为了实现人体经络循经感传现象的虚拟仿真,通过Catmull-Rom样条曲线在计算机中拟合了人体经络线,并利用VC++的编程环境,结合OpenGL三维图形库,设计了一种在三维环境下人机交互式的操作方法来引导经络循行动画,达到实时仿真的效果.仿真结果在效率与真实感两者间取得良好的效果,动画过程流畅无明显停滞现象,与理论上的二维示意图对比具有视觉逼真性,达到教学和临床训练的目的.     

体感交互虚拟漫游的沉浸感评价

沉浸感是虚拟漫游的重要特征,目前体感交互的虚拟漫游存在严重的感知失真问 题,虚拟场景运动的视觉感知与人机交互的体感感知不能相互匹配,破坏了虚拟漫游的沉浸感。 基于Catmull-Rom 曲线的非等距插值算法、等距插值算法和实时插值算法,分别构建3 种不同 的虚拟漫游路径,评价体感交互虚拟漫游的沉浸感。主观评价实验和仿真实验的结果表明： Catmull-Rom 曲线的非等距插值漫游路径,无论是匀速漫游还是变速漫游,均存在明显的感知 失真现象;基于Catmull-Rom 曲线的等距插值漫游路径适用于匀速漫游,但不太适合用于变速 漫游;基于Catmull-Rom 曲线的实时插值漫游路径能实现真实运动速度与场景运动速度的匹配, 较好地解决虚拟漫游时视觉感知与身体运动感知不一致的问题,增强了虚拟漫游的沉浸感。     

基于Catmull-Rom插值算法的二维图像的三维显示

在数字图像处理领域,有时需要从三维的角度观察图像。文中提出了一种二维图像的三维显示方法:首先利用Catmull-Rom插值算法对原图像进行缩放处理,再利用OpenGL绘制小三角形面片生成二维图像的三维平滑曲面,然后利用光照技术生成二维图像的三维显示效果。实验表明,在对原图像施行Catmull-Rom插值处理之后,图像的三维显示效果比没有施行插值要平滑得多,并且也没有出现马赛克现象,这说明该算法是有效的。     

三次Catmull-Rom样条保广义凸插值的充要条件

对于任意给定的有序点列,利用三次Catmull-Rom样条基函数构造通过该点列的曲线,导出三次Catmull-Rom样条曲线保凸插值的充要条件;进而利用广义凸的概念,导出三次Catmull-Rom样条参数曲线保广义凸插值的充要条件.当所给点列满足保广义凸插值的充要条件时,三次Catmull-Rom样条参数曲线是自动保广义凸的且是1G连续的.采用自行构造的实例佐证了方法的有效性和理论的正确性.     

Catmull-Rom插值算法在基于OpenGL的三维地形绘制中的应用实现

文章对应用Catmull-Rom插值算法改进三维地形绘制显示效果的过程进行了研究,在分析描述该算法后将其应用在具体的基于OpenGL的三维地形绘制实例中,通过工程实现的效果对比来看,Catmull-Rom插值算法将在很大程度上改进三维地形的绘制显示的效果。     

基于Canny边缘检测的Catmull-Rom图像放大

为了较好地保持图像的边缘信息,提出一种基于Canny边缘检测的Catmull-Rom图像插值放大算法。首先用Canny算子检测出原图像的边缘;然后,根据插值目标图像未知像素点时,目标图像与原图像的相似性,如果未知像素点为边缘点,则调整Catmull-Rom的切向和切向长度。实验结果表明,该算法比传统算法的边缘更加清晰,保持了边缘的尖锐特征,减少了锯齿,提高了图像的质量。     

Catmull-Rom插值算法在基于OpenGL的三维地形绘制中的应用实现

文章对应用Catmull-Rom插值算法改进三维地形绘制显示效果的过程进行了研究,在分析描述该算法后将其应用在具体的基于OpenGL的三维地形绘制实例中,通过工程实现的效果对比来看,Catmull-Rom插值算法将在很大程度上改进三维地形的绘制显示的效果。     

数据点加权最小二乘渐进迭代逼近及其B样条曲线拟合

为了使B样条拟合曲线插值部分数据点且逼近其余数据点,提出数据点加权的最小二乘渐进迭代逼近(DW-LSPIA)算法,证明了其收敛性并以它为基础提出一种B样条曲线拟合算法.首先赋初始权重于每个数据点,用DW-LSPIA算法生成初始拟合曲线;然后根据待插值点与拟合曲线上对应点的误差调整待插值点的权重,并重新运用DW-LSPIA算法生成新的拟合曲线;如此迭代,直至拟合曲线达到插值要求.实例结果表明,该拟合算法鲁棒、高效,也可使拟合曲线保形.     

基于GPU多纹理混合技术的循经感传模拟的设计与实现

为了在虚拟人体经络系统中模拟循经感传现象,提出了一种基于GPU的纹理混合技术,通过对三张不同色的纹理贴图进行采样,在GPU的像素着色器中根据混合公式合成最终的纹理,实现了循经感传动态模拟效果.程序设计结果表明:在不同的模拟参数下,系统都能够实时逼真地重现循经感传过程.因此采用多纹理混合技术来模拟感传是一个合理有效的解决方案.     

基于 Hough 变换和 Catmull-Rom 样条曲线的 钢轨检测算法

针对现有的钢轨检测算法中对于钢轨识别准确性不高的问题,提出一种基于 Hough 变换和 Catmull-Rom 样条曲线的钢轨检测算法。首先对图像进行降噪预处理,利用 Canny 边缘 检测算法进行边缘检测,然后利用 Hough 变换检测直轨,根据直轨消失点确定轨道模型,最后 针对弯轨利用等分窗口搜索弯轨特征点,对选取的特征点进行 Catmull-Rom 样条曲线拟合弯轨。 实验表明,该算法不仅能够准确拟合钢轨曲线,而且具有较好的准确性和鲁棒性。     

四元数样条插值的人体运动数据重构

为了得到平滑的人体动画,提出一种基于四元数的样条插值算法,利用提取的关键帧实现人体运动序列的有效重构。为减少重构误差、加快收敛速度,将已知关键帧集合作为初始条件,通过迭代算法求出样条曲线的控制点集合。利用样条曲线控制点计算贝塞尔曲线控制点,构造贝塞尔样条曲线段,将各段贝塞尔样条曲线段组合,构造一条基于四元数的样条曲线。根据德卡斯特里奥(de Casteljau)算法插值重构人体运动。实验结果表明,该算法在保证执行效率的同时,可得到光滑的插值结果,实现满足视觉要求的人体运动重构。     

基于动态参数化的二次B样条插值曲线

参数化为构造B样条插值曲线提供了自由度，但在以往的研究中，这些自由度并未得到充分利用．该文给出的二次B样条曲线插值方法充分利用了参数化的自由度，直接利用插值曲线直观的几何约束条件如曲线在数据点处的切向、曲线段的相对高度等进行参数化，使得构造出的插值曲线不仅在两端，而且在中间各段具有预期的几何性质．该文的方法比起以往的参数化方法来，能更直观有效地控制插值曲线的形状．而且，所构造的插值曲线具有局部性质或近似局部性质，即当改变某个数据点的位置时，插值曲线的形状只作局部改变或除局部范围外，曲线形状改变很小或完全不变．不同于以往的插值方法，该文的方法在构造插值曲线的过程中根据曲线的几何约束条件动态地递推确定参数值、节点向量和控制顶点，整个过程不必解方程组，计算简便．该文还给出了相应的算法和应用例子．实验结果表明，该文的方法十分有效．     

An alternative method of curve interpolation

Given a point data set that contains several fairly unevenly distributed random points, this paper presents a new paradigm of curve interpolation to fit a curve to the data with end tangent vector constraints. The method uses a base curve, which is subjected to constrained shape manipulations to achieve interpolation, while maintaining end point and end tangent constraints. The algorithm is not sensitive to the distribution or to the randomness of the data, as long as the points represent fairly simple shapes, as in reverse engineering of properly segmented points, or in shape design using simple segments. The method is iterative in nature and allows various forms of adjustments to achieve good results.     

基于图形变换的人体经络可视化

提出了一种可以检测并直观表示人体经络分布的实时定位和显示方法。首先,利用多通道经络阻抗检测仪和磁定位跟踪仪确定人体体表经络点的位置,获取经络点的三维信息;其次,对场景摄像机进行标定,并将其结果和经络点的三维信息通过图形变换技术变换到统一的世界坐标系下,获取摄像机的投影矩阵H;最后,根据该投影矩阵H,将经络点三维信息投影到二维图像上,形成二维经络线,并将其融合于场景摄像机拍摄的人体体表实时图像上,实现人体经络的可视化。测试结果表明,该方法能够准确有效地定位和显示人体经络。     

满足数据点切向约束的二次B样条插值曲线

给出一种二次B样条曲线插值方法.利用数据点的参数化和节点向量的自由度,构造在各数据点满足切向约束的二次B样条插值曲线,直观地控制插值曲线达到预期形状.用文中方法构造插值曲线是一个递推过程,不必预先确定数据点参数值和节点向量、不必解线性方程组,而是在插值过程中根据数据点及其切向的约束条件递推地确定数据点的参数值、节点和控制顶点.该文方法允许插值曲线各段的连接点与数据点不一致,以使得二次B样条插值曲线的形状更自然.而且在满足数据点切向约束的条件下,还可利用节点进一步调控插值曲线的形状.另外,用文中方法构造的二次B样条插值曲线对于数据点的改变具有较好的局部性质.文中最后给出一些例子将该文方法与其它一些插值方法进行比较,实验结果表明,该文方法是有效的.     

基于误差控制的自适应3次B样条曲线插值

针对现有曲线插值算法不能有效压缩型值点的缺陷,研究了一种自适应三次B样条曲线插值算法。从型值点序列中选用最少的点插值一条初始曲线,基于提出的点到曲线的最小距离计算方法,分别计算各非插值点对应的插值误差,并从中提取最大插值误差。若最大误差大于给定的误差阈值,则将其对应的型值点加入插值型值点序列,重新插值曲线,直到最大插值误差满足误差要求。与现有曲线插值算法相比,该算法可以在保证插值精度的前提下有效压缩数据量。     

基于B样条插值法的曲线光滑处理技术及应用

曲线的光滑处理技术在许多领域得到了广泛的应用,其常用方法是将平面上欲连接的点作为控制多边形的顶点,通过相应的数学变换,得到曲线上的点。而为了更准确地表现曲线,通常希望光滑后的曲线能经过这些点。文章介绍了通过B样条插值法使曲线经过平面已知点的方法及其在计算机上的实现,通过实验得到了较好的效果。     

Point-tangent/point-normal B-spline curve interpolation by geometric algorithms

We introduce a novel method to interpolate a set of data points as well as unit tangent vectors or unit normal vectors at the data points by means of a B-spline curve interpolation technique using geometric algorithms. The advantages of our algorithm are that it has a compact representation, it does not require the magnitudes of the tangent vectors or normal vectors, and it has C² continuity. We compare our method with the conventional curve interpolation methods, namely, the standard point interpolation method, the method introduced by Piegl and Tiller, which interpolates points as well as the first derivatives at every point, and the piecewise cubic Hermite interpolation method. Examples are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithms.     

Numerical Curve Length Calculation Using Polynomial Interpolation

In this paper we present a method and algorithm for computing curve length approximately using a fixed rule resulting from polynomial interpolation of the points on the curve. The method can applied efficiently calculating digital curves by considering the control points of the interpolation as the pixels centers points. In the paper several examples are presented and the calculated lengths are compared to other methods found in the literature and we have shown progress. We provided MATLAB^® code to simulate the algorithm. The advantage of the proposed method is in the approximation of the digital curve with the continuous curve rather than with piecewise linear sections used by most other methods.     

曲线曲面逼近与插值的统一表示

为了用一种模型实现从逼近到插值的转换,在多项式空间上构造了含一个参数的调配函数,由之定义了基于4点分段的曲线,该曲线可以理解为由相同的一组控制顶点定义的逼近曲线和插值曲线的线性组合,其中的逼近曲线为3次均匀B样条曲线,插值曲线经过除首末点以外的所有控制点。在均匀参数分割下,曲线具有C2连续性,取特殊参数时可达C3连续。在参数变化过程中,曲线各段起点、终点的位置发生改变,但这些点处的一阶、二阶导矢始终保持不变,即始终与3次B样条曲线相同。曲线形状与端点条件密切相关,而B样条曲线具有良好的保形性,这些综合因素使得曲线在形状变化的过程中始终可以较好地保持控制多边形的特征。采用张量积方法将曲线推广至曲面,曲线曲面图例显示了该方法在造型设计中的有效性。