体素模型表面优化提取方法及图形显示

三维体数据的显示方法有2种直接体绘制方法和间接体绘制方法。本文首先比较了这2种体数据显示方法的优缺点,然后介绍了基于渐进立方体(MarchingCubes)方法的间接体绘制方法。根据压缩形式的体素模型特点,提出了一种新的体素模型表面三角网格提取优化算法,该算法利用材料变化信息直接在位于物体表面的体素模型中提取表面三角网格,与传统的MarchingCubes算法相比,该算法不仅可以跨越物体外部全空的体素,还可以跨越位于物体内部全实的体素。该方法在基于Voxel模型的五坐标数控加工仿真系统中得到了应用,测试结果表明,采用该方法提取体素模型表面三角网格时可以提高效率2~3倍。     

基于点绘制方法中图像处理技术的应用

3D数码扫描设备在计算机图形学中的广泛应用使得基于点的图形绘制技术研究越来越引起人们的广泛注意.在基于点的计算机图形绘制方法中,生成的物体表面会有一些空洞,在此提出了一种基于图像技术的处理方法,并且在视觉上得到了较好的真实感效果.     

一种基于Bresenham算法的直线快速反走样技术

直线生成算法的优劣对计算机绘图及应用至关重要.Bresenham算法是最有效的直线生成算法,利用直线的两侧对称性可以进一步加快生成速度.但由于受到光栅扫描显示器的限制,用离散像素绘制的直线存在走样问题,实际应用中经常需要进行反走样处理.在本文中,作者基于Bresenham算法,依据直线的对称生成原理,结合矩形滤波反走样技术,提出了一种快速的反走样直线的对称生成算法,并论述了反走样过程中的浮点运算问题.     

基于Ray Casting的医学体数据场绘制算法

在医学体可视化中，Ray Casting算法由于具有高的计算需求、模糊的绘制质量和复杂的分类等缺陷，限制了该算法的进一步应用。为此，本文定义了一种多种因素相结合的光学属性赋值方法，该方法将物体距离视点的距离与物体距离光源的距离有效结合起来。在此基础上提出了一种高效精确的医学体绘制算法，该算法首先将医学体数据场进行分类，对于前景体素集采用LOD(Layer of Detail)技术进行重采样，进而将采样点用上述定义进行赋值；最后将背景体素采用基于空间跳跃的加速技术进行显示。实验结果表明对于512×512×482×2 Byte大小的体数据，在普通微机上能够达到2.5 fps的绘制速度；而且组织器官显示清晰，符合人的视觉特征。     

利用超体素中心点连线可见性的图像分割算法

当图像中存在阴影、低对比度边缘和模糊区域时,传统算法利用纹理、颜色等信息难以准确分割物体。以点云图为研究对象,依据盒状、柱状物体在三维空间中的几何形状,提出一种基于超体素中心点连线可见性的图像物体分割算法。该算法首先对点云图进行过分割,得到具有相邻关系的超体素,接着依据其中心点法向量平行准则以及中心点连线可见性准则共同判断相邻超体素是否融合,然后过滤噪声,并利用遮挡关系进一步考察同一物体平面超体素的融合情况。实验结果表明:在OSD-v0.2公开数据集上,文章提出的算法误识别率为6.9%,漏识别率为4.6%,比单一结合法向量的凹凸性判断方法更好,整体误差更小。利用本算法对物体进行分割,更容易计算物体的抓取位姿,有助于机器人执行抓取任务。     

刀具扫描体生成新算法及在数控加工仿真中的应用

介绍一种新的刀具扫描体生成算法。通过将运动物体外表面上的点分成入点、出点和切点 ,新算法能够迅速找到某一时刻运动物体外表面上的切点而形成扫描体 ,从而不依赖于以往扫描体生成的包络法 ,避免求解复杂的方程 ,因而具有方法简单 ,编程容易 ,运算速度快等优点。虽然该算法是针对刀具扫描体生成开发的 ,但它适用于任何回转体扫描体的形成。     

基于预分割轮廓的CT图像亚体素表面检测方法

针对基于CT(computed tomography)图像检测分析中的点云提取精度与完整性问题,提出一种基于预分割轮廓的高精度、高完整性的亚体素表面检测方法。首先采用Otsu分割算法提取CT图像的体素级轮廓点集,并以此作为粗定位轮廓自适应地生成用于亚体素表面检测的完备感兴趣区域(region of interest,ROI);然后提出一种基于梯度非极大值抑制的表面体素判定方法,避免了梯度阈值选择难题;最后基于3D Facet模型定位亚体素级表面点位置。实验结果表明,该方法能有效改善传统亚体素检测方法的轮廓丢失、伪边严重等问题,轮廓定位误差小于0.2个体素,同时能够取得3倍以上的计算加速比。     

运用边界状态约束的表面体素加密细分算法

为了平衡体素模型的体素数量与精细度,提出一种实体模型体素加密细化算法。该算法对低分辨率均一体素模型的表面体素进行切分,标记与三角面不相交的体素,并运用边界状态传递判定标记体素的内外位置。通过编码不同八叉树的节点,并进行跨八叉树快速邻居节点搜寻,实现多级加密细分。实验结果表明,该算法可以以低分辨率模型为基础,精确地获得体素单元少的高分辨率模型。     

基于OPTIMAS的物体边界傅立叶分析方法

目前,对物体边界进行描述的主要方法依然是傅立叶分析方法.应用专业的图像处理软件OPTIMAS,可编写一组宏命令,运行该宏,结合Microsoft Excel软件强大的绘制图表功能,可自动绘制关于物体边界的极坐标曲线和傅立叶系数曲线,供用户根据需要进一步分析.     

基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法

针对现有三角网格模型表面体素化算法效率低的问题,提出一种基于三角形细分的三角网格模型表面体素化算法。该算法采用三角形细分方式获取大量顶点信息,采用面积阈值控制顶点的生成数量,并采用点的向量平移方式减少求解顶点坐标的计算量。通过建立顶点信息与三角形相交体素单元的一一对应关系实现三角网格模型的表面体素化。通过与现有2种算法在不同分辨率下的多种模型实验对比,表明该算法所需的采样点数量少于现有算法,在模型表面体素化效率方面优于现有算法。此外,所提算法也适用于亏格不为0和存在封闭内腔的三角网格模型。     

An adaptive interpolation algorithm for hole-filling in free viewpoint video

Depth image based rendering （DIBR） is an effective approach for virtual view synthesis in free viewpoint television and 3D video.One of the important steps in DIBR is filling the holes caused by disoeclusion regions and wrong depth values.Most of the existing hole-filling methods work well in areas of low spatial activity but fail to obtain satisfactory results in high spatial activity regions.In this paper,we combine the depth based hole-filling and the adaptive recursive interpolation algorithm which is capable of handling edges passing through the missing areas.Accoring to the experimental results,we confirm that the depth based adaptive recursive interpolation algorithm can provide better rendering quality objectively and subjectively.     

Triangular mesh generation employing a boundary expansion technique

This paper presents a triangulation method for modelling very large sets of cloud data. The three-dimensional (3D) data sets are produced by a machine vision system and/or coordinate measuring machine (CMM). The algorithm is suitable for processing the data collected from objects composed of free form surface patches especially with interior holes. This is accomplished from the 3D data sets in two steps. Firstly, the original cloud data is reduced into a simplified data set employing a data reduction technique (voxel binning method), in which the error between the cloud data and the meshed surface is used to control the data reduction. Secondly, the triangulation process starts with a randomly selected seed triangle. The triangular mesh extends outward by continuously linking suitable external points to it along the boundary edges of the meshed area. A complex free form surface with interior holes can be triangulated in one computing session without manually dividing it into several simple patches. The error-based data reduction parameters are extracted from the cloud data set, by a series of local surface patches, and the required spatial error between the final triangulation and the cloud data. Experimental results are given to illustrate the efficacy of the technique for rapidly constructing a geometric model from 3D digitised cloud data.     

一种新的三维卡通流水绘制框架

为了更好地表达绘制流体,提出了一种基于SPH流体模拟的新的三维卡通流水绘制框架并完成了系统实现。框架可分为3个部分:流体物理模拟模块、流体绘制表面提取模块,以及流体非真实感纹理绘制模块。在流体物理模块,通过SPH粒子模拟,利用体素化的Lagrange算法求解Navier-Stokes方程,得到了真实的流体运动信息。在流体绘制表面提取模块,通过Marching Cubes算法自动提取流体绘制表面。在流体非真实感纹理绘制模块,提出了两种新的过程化的卡通绘制模型,分别绘制水纹和浪头。实验结果表明该方法能实时自动地绘制非真实感的流体。     

基于径向基函数的多种类型孔洞修补算法研究

利用径向基函数对散乱数据点进行曲面重建受到越来越多学者的关注,并被应用于解决网格模型中的孔洞修补问题。本文在实现径向基函数对简单孔洞进行修补的基础上,进一步研究了对多种类型孔洞的修补问题,提出了统一的修补算法:首先利用填充算法对孔洞进行填充,然后使用径向基函数建立孔洞区域的隐式曲面,最后将新增加的三角片顶点调整到建立的隐式曲面上,并给出了修补结果的优化处理。实例证明,该算法适用性好,对不同类型孔洞的修补效果理想。     

复合扫描计算机分层成像研究

针对薄板类工件成像,计算机分层成像(CL)技术因无损、直观而应用广泛。 CL 成像方法主要分为直线扫描和圆周扫 描, 直线扫描效率高, 圆周扫描数据均匀性好。 然而, 由于两者的投影数据均不完备, 均存在分层图像混叠及图像边缘不清 晰的问题。 基于此,提出了一种复合扫描 CL(HyCL)成像方法, 由直线扫描和圆周扫描组成。 建立了几何模型, 采用同时迭代 重建图像(SIRT)算法进行了仿真及成像实验, 分析了成像效果及层间混叠表现。 实验结果表明, 相比于相对平行直线移动扫 描 CL(PTCL)、正交直线移动扫描 CL(OTCL)及圆周扫描 CL(RCL), HyCL 的重建结果能够有效减少混叠伪影, 图像特征轮廓 信息能够保留得较为清晰且均匀, 对比度更好。     

Algorithm of fatigue crack detection and determination of its tip position in optical images

An algorithm of fatigue crack detection in optical images taken in fatigue tests of materials is proposed and tested. The algorithm is designed for automation of measurements of the crack propagation parameter and tracing the crack tip position in the course of cyclic loading for the purpose of shifting the optical system with respect to the examined sample surface to the “region of interest.” It is found that the coordinates of the image fragment containing the crack can be determined with a mean error of 1.93% of the total size of the raster. Testing of the algorithm on model images shows that the mean error of determining the crack tip position is smaller than 56 pixels.     

基于椭球包围盒的锥束CT三维加权重建算法

提高锥束CT大锥角圆轨道扫描下的重建图像质量一直是CT成像技术的重要研究方向。分析了圆轨道扫描下Radon空间的Z向数据缺失特点和FDK算法的灰度下降规律,提出了一种基于椭球包围盒的锥束CT三维加权重建算法。该算法无需重排,只需利用投影数据获取重建物体的最小包围盒,并根据其内接椭球的大小和空间位置自动生成三维加权函数,在反投影阶段加入该加权函数即可实现。该算法不会引入其他伪影,计算量增加很小,并且在中心层与FDK算法等价。仿真扫描实验表明,该算法显著提高了FDK算法的准确性,减小了锥角伪影。