基于Three.js的飞行仿真系统设计

传统的富客户端飞行仿真系统在使用上受到应用程序和硬件设备的限制,导致其开放性、易用性、跨平台性存在一定缺陷,难以满足设计人员在离开实验室后的使用需求。针对上述问题,本文对Web三维可视化进行深入研究,利用WebGL在不安装任何渲染插件的情况下,支持浏览器端进行2D/3D硬件加速渲染的优势,以WebGL第三方图形库Three.js为实现基础,构建数据驱动的三维飞行可视化仿真系统,使用户可以在Web端无缝访问系统的服务资源。该系统由气动数据驱动,实时模拟了飞行器运动轨迹,同时兼顾天空效果、尾焰特效以及摄像机漫游,增加仿真效果真实性,使用户可以通过浏览器端得到直观丰富的三维仿真效果,具有良好的应用价值。     

运载火箭试验数据管理及可视化系统设计

针对现有运载火箭试验数据管理及可视化系统依赖于第三方功能插件,未实现纯浏览器端三维模型渲染及交互,系统对运行环境依赖性强、部署和维护成本高等问题,设计了基于JavaScript框架ExtJS和WebGL框架three.js的运载火箭试验数据管理及可视化系统;首先基于B/S架构设计了系统总体框架,然后针对二维图形数据传输延迟问题设计了基于Web Worker的数据读取方案,最后针对浏览器端三维模型渲染需求提出了基于VTK模型的转换算法,设计了三维模型渲染及交互方案;试验结果显示,该系统不依赖于运行环境和功能插件,能实现浏览器端二维图形和三维模型渲染及流畅交互,为兼容国产化操作系统、降低部署和维护成本创造了条件。     

建筑物多尺度三维语义建模研究

针对现有的一些三维建模方法强调单一尺度几何模型构建,缺乏多细节层次(LoD)和语义信息表达,互操作性不强等问题,以国际开放标准CityGML为基础,利用矢量拉伸、基于几何特征和规则的语义信息提取、几何映射和语义映射等技术研究了建筑物多尺度几何语义一体化模型构建方法.采用开源Cesium库开发了一套基于WebGL的建筑物...     

基于HTML5和WebGL的3DWebGIS构建与实现

提出了一套基于HTML5与网络图形库WebGL的三维WebGIS构建方案,该方案采用JSON格式对数据进行组织,通过AJAx技术进行数据传输,利用HTML5、WebGL技术进行三维数据展现,并构建了演示系统进行实现。结果表明：该方案具有免插件、跨平台、开放性、基于硬件加速等优点,能够在Web页面中提供良好的可交互的三维体验。     

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WebGL的在线房产展示系统研究

针对传统二维视图在表现能力、场景模拟和交互性能等方面的局限性,研发了一款基于WebGL的在线房产展示系统,为广大房地产销售人员和用户提供一个具有室内外场景展示、场景交互和室内构件查询功能的三维虚拟现实展示系统。销售人员可通过此系统辅助销售,通过虚拟看房加强客户对房型的了解。与一般的平面图或仿三维场景相比,其拥有真实感较强、采光无死角等优势。此研究主要采用3D建模软件和WebGL的JavaScript3D库(Three.js),建立房屋室内外模型,开发网页3D场景。该方法无需下载专用渲染插件和运行环境,即可成功展现相应的三维场景效果,不仅为普通客户提供了良好的体验,而且有效降低了开发者的工作难度,从而大大提高系统开发和展示效率。系统测试结果表明,基于WebGL的在线房产展示系统具有虚拟展现房屋室内外真实场景效果的功能和人性化的图形交互性能。     

基于B/S架构的三维体数据可视化系统的设计过程

设计并实现了一个基于B/S架构的三维体数据可视化系统,系统在服务器端进行数据存储和处理;浏览器端采用基于WebGL技术实现了实时直接体绘制和三维等值面绘制.     

基于WebGL的PLC组态虚拟仿真系统设计与实现

提出了基于WebGL的工业控制三维组态虚拟仿真实验平台设计方案。平台采用WebGL技术构建真实三维工业仿真环境,结合PhysiJs技术与NodeJs技术实现模型运动的实时渲染与数据通信。该仿真平台包含场景加载、模型组装、运动控制、PLC通讯配置及实验效果仿真等功能,可快速地搭建典型工业环境下PLC软件开发的虚拟仿真实验教学场景。通过真实场景的虚拟再现,有效地解决实验场地限制、设备昂贵和多实验场景适用性等问题,从而提高工业控制领域人才的培养质量。     

基于WebGL的BIM轻量化关键技术研究

由于BIM数据通常被设计在OS平台上解析和生成,无法直接被WebGL读取和渲染,借助第三方工具往往需要支付昂贵的费用或数据用于特定的平台,使用中间格式进行数据交换会造成一定的数据损失和数据冗余。针对上述情况,基于应用的角度,通过分析Autodesk Revit模型信息的组织方式与GLTF数据结构,设计Revit数据转化成GLB格式的程序接口。几何数据经过顶点以及几何体在族实例内部和族实例间不同层级的复用,有效降低数据冗余度;利用Draco压缩,实现BIM模型的轻量化存储;通过Three.js与Cesium实现在浏览器端的可视化渲染。对目标数据进行评估发现有较小的几何数据损失,实验结果证明此方法具有应用价值,对研究BIM信息提取与模型可视化有一定的意义。     

基于OSGEarth的大型三维空战场景的搭建

本文介绍了OSGEarth开源项目,并探讨海量地形数据的调度渲染算法,然后研究了三维空战场景搭建所需要的卫星影像数据、高程数据和地理矢量数据的获取及处理方法还有飞机的姿态展示方式及自动巡航算法,最后实现了基于OSGEarth的大型三维空战场景的搭建,取得了良好的效果。     

基于MC的医学三维等值面的平滑与归并

为了提高医学三维图象的重建效果和速度,在对用于构造等值面的MC（Marching Cubes）算法进行分析的基础上,提出了对等值面进行三维空间方向平滑和多边形法形法向归并的方法。等值面方向平滑的方法就是将等值面分解为一个三维坐标场和一个法向矢量场,然后对其法向矢量场作矢量平滑处理;而等值面的多边形法向归并则是根据适当的门限值,将原来由大量小三角面片构成的等值面归并成由较少的多边形面片构成的等值面。实验结果表明,该方法能显著改善三维重建的效果,并能提高三维绘制的速度。     

基于三维纹理的实时流体模拟

本文描述了一种利用基于Open GL三维纹理实现的直接体绘制方式显示流体模拟结果的方法。以JosStam的二维流体模拟模型为基础，扩展出三维流体模拟的模型；然后通过将密度场映射到三维纹理空间，实现实时的显示；并通过引入全局光照模型，得到真实感的渲染效果。最后通过与粒子系统进行对比，分析了本方法的显示效果优势。     

基于位图的三维地形速绘算法及其OpenGL编程

三维真实感地形是虚拟场景中的基础部分,其绘制的速度与质量是构建三维虚拟场景成败的关键.利用Visual c++环境下的MFC机制,以通用的标准三维图形函数库OpenGL为工具,通过在位图的灰度值与地形高程数据之间建立相应的映射关系,建立标准的地形高程数据组,并依托OpenGL平台快速生成了三维网格地形.为增强地形的真实逼真性,对地形网格的法向量作出多重处理,应用OpenGL的光照和纹理映射技术来生成地形的阴暗效果,最后对三维地形的整个场景进行综合编程,实现了三维地形场景的实时、快速绘制.     

同步卫星扫描视锥与轨道的绘制算法

为了模拟同步卫星在外太空的飞行状态,建设先进的同步卫星模拟仿真系统对于卫星的研制与性能分析有着重要的意义;由于卫星是在特定的轨道上飞行,所以对卫星轨道的绘制建模是卫星模拟仿真系统开发中关键的一环;在这篇文章中介绍了同步卫星与地面观察站通信过程中的扫描视锥与同步卫星运行轨道的绘制算法,重点探讨了基于OpenGL基本矢量图元的绘制以及利用世界坐标系和向量的方法对在绘制过程中所需数据的求解过程;分析了根据同步卫星的运行姿态与其所在轨道的位置来确定同步卫星扫描视锥的角度;最后通过一个虚拟世界的3D引擎验证算法的可行性与绘制效果。     

Capturing the dance of the earth: PolarGlobe: Real-time scientific visualization of vector field data to support climate science

This paper introduces a streamline visualization technique that empowers PolarGlobe, an interactive, virtual globe-based, multi-dimensional scientific visualization tool to facilitate the observation and visual inspection of changes in the climate in real time. Specifically, this technique achieves effective visualization of vector-based earth science data through an automated data processing pipeline which integrates novel strategies including random seeding, finer-granularity parallelization and real-time rendering. The random seeding strategy allows for a vivid visual effect and an interactive framerate regardless of the spatial resolution in the raw dataset. The visualization algorithm is designed to be naturally parallelizable by partitioning the rendering tasks of unsteady vector field into multiple subtasks such that high-performance rendering can be realized. The platform is capable of taking either irregular or regular gridded data as input, and through the proposed data (re)projection pipeline, an automatic transformation of spatially enabled scientific data from the original data projection to the 3D globe-based virtual space is achieved. A series of experiments was conducted to identify the best configuration of rendering parameters to achieve the optimal rendering performance and visual effect. The results demonstrated the scalability and capability of the proposed PolarGlobe system to visualize big and unsteady vector flow data across different spatial and temporal scales. PolarGlobe implements former Vice President Al Gore's vision of a digital earth that enables scientists and citizens across the world to interactively study our planet. We expect the methods and techniques presented in this work to contribute significantly to both the scientific visualization and climate science communities.     

Large‐Scale Pixel‐Precise Deferred Vector Maps

Rendering vector maps is a key challenge for high‐quality geographic visualization systems. In this paper, we present a novel approach to visualize vector maps over detailed terrain models in a pixel‐precise way. Our method proposes a deferred line rendering technique to display vector maps directly in a screen‐space shading stage over the 3D terrain visualization. Due to the absence of traditional geometric polygonal rendering, our algorithm is able to outperform conventional vector map rendering algorithms for geographic information systems, and supports advanced line anti‐aliasing as well as slope distortion correction. Furthermore, our deferred line rendering enables interactively customizable advanced vector styling methods as well as a tool for interactive pixel‐based editing operations.     

模板阴影体扩展方法

模板阴影体是矢量地图3维绘制的一种主要方法,使用线段、多边形等基本的几何图形在3维地形上叠加显示地图要素,因表示形式过于简单,导致其传递的地图要素信息十分有限。为此,对模板阴影体方法进行扩展,提出矢量地图在3维地形上的符号化叠加方法,以提供更丰富的矢量地图3维显示样式。首先,简述基于模板阴影体绘制矢量数据的基本原理。然后,提出对模板阴影体的扩展,包括保持符号边缘光滑的算法和符号轮廓描边、交叉压盖的处理方法。实验结果表明,该扩展方法能够实现矢量地图在3维地形上的实时叠加显示,符号化绘制显著提高了矢量地图显示效果。     

校园VRGIS系统的设计与实现

本文介绍以华中科技大学校园场景为实验对象的一套校园VRGIS的设计思想与实现方法。此方案在GIS数据及三维模型等数据有机结合的基础上，提供半沉浸的地形及建筑漫游和信息查询等功能。通过结合Arc／Info和Vega,实现了一种开发周期短，支持高分辨率大数据集，功能扩展方便的VRGIS。     

一个基于 Google Earth 的交互式空间体数据可视化系统

三维空间体数据的可视化既需要同时展示数据多个属性的特征,又需要结合数据周边复杂地理地貌的特征。体绘制是当前最有效的三维数据可视化方法之一,但现有的体绘制方法尚没有考虑到数据场周围复杂的地理地貌特征。本文提出了一种基于 Google Earth (简称 GE) 地理信息的空间数据体绘制可视化方法,其基本思想是首先由三维纹理算法出发,对数据做沿高度法向的切片,多层渲染后组合为最终的体绘制效果,然后将渲染结果转换为 GE 支持的 KML 数据格式,充分利用 GE 中的复杂地形和三维建筑群模型信息,最后加入体感控制和 WEB 呈现功能。这为三维空间数据的可视化提供了一种全新的思路,取得了更好的可视化效果。最后利用数值模拟的大气雾霾数据论证了技术的可行性。     

Image-Based Network Rendering of Large Meshes for Cloud Computing

Recent advances in sensing and software technologies enable us to obtain large-scale, yet fine 3D mesh models of cultural assets. However, such large models cannot be displayed interactively on consumer computers because of the performance limitation of the hardware. Cloud computing technology is a solution that can process a very large amount of information without adding to each client user’s processing cost. In this paper, we propose an interactive rendering system for large 3D mesh models, stored on a remote environment through a network of relatively small capacity machines, based on the cloud computing concept. Our system uses both model- and image-based rendering methods for efficient load balance between a server and clients. On the server, the 3D models are rendered by the model-based method using a hierarchical data structure with Level of Detail (LOD). On the client, an arbitrary view is constructed by using a novel image-based method, referred to as the Grid-Lumigraph, which blends colors from sampling images received from the server. The resulting rendering system can efficiently render any image in real time. We implemented the system and evaluated the rendering and data transferring performance.