基于三维标量场的光线投射并行体绘制算法

针对大规模三维标量场相关算法计算量大且数据绘制速度慢、不能满足用户实时需求的问题,在研究和总结三维标量场和体绘制关键技术的基础上,对体绘制的原理进行了深入探讨,重点研究了体绘制中的光线投射算法。利用集群多节点的并行优势,对体绘制的光线投射算法进行了改进,采用MPI并行编程模式,成功地将该算法运行于PC集群环境中,并应用于三维城市建模,充分发挥了集群的高性能计算,大大提高了绘制效率。实验结果表明,该算法具有良好的并行效率和可视化效果。     

三维爆炸场可视化

为了将三维爆炸场可视化及分析爆炸过程复杂的物理现象,从三维多流体网格法得到数值模拟结果,基于爆炸与冲击的特征,采用直接体绘制的方法进行三维可视化.在此基础上,设计了三维可视化软件--ViSC3D.介绍了三维爆炸场可视化的理论、方法及ViSC3D软件设计的算法、功能.该软件是三维爆炸场的重要分析工具,可以便于研究人员对难于直接观察、分析的爆炸场进行全貌和细节的观察和分析.利用ViSC3D,对山沟中的爆炸场进行了整体、剖面可视化及二维切片的抽取,比较详细地展现了爆炸场的概貌和局部细节.ViSC3D软件亦可适用于其它类似三维数据场的可视化.     

有限元数据场等值图绘制算法

目的描述有限元模型中数据场的分布规律，提高等值线与等值面的常用可视化手段的绘制精度．方法基于正则有限单元的坐标与物理场插值函数，利用二分法快速准确提取等值点．结果笔者对二维数据场的三角形分片等值线算法和三维场等值面绘制的Marching Cubes算法做了考虑有限元特性的改进并给出了具体的实现算法，以具体图例对算法描述精度提高的有效性进行了验证，结论通过理论研究和应用，反映新算法能充分达到有限元数值分析的精度，尤其针对高阶插值数据场效果更好．     

边光滑有限元-边界元耦合法计算二维瞬态涡流场

为了提高二维瞬态涡流场的计算精度与速度,结合边光滑有限元法计算精度高和边界元法占用计算机内存少的优点,提出一种基于边光滑有限元法——边界元法相结合的混合算法(ES-FEM-BEM)来计算二维瞬态涡流场.在相同网格划分密度下,相较于传统的有限元-边界元耦合算法(FEM-BEM)而言,该混合算法具有明显提高计算精度的优点.同时建立了二维脉冲线圈-铝板模型,并对铝板表面的磁场强度进行计算.结果表明:在网格划分密度相同的情况,ES-FEM-BEM的计算结果与测量结果的最大相对误差只有3.4%,而FEM-BEM的计算结果与测量结果的最大相对误差达到31.8%.基于边光滑有限元法和边界元法耦合的混合算法,可为瞬态开域涡流场分析提供重要的参考依据.     

基于超复数计算的3D径向坐标可视化映射方法

提出一种多维数据3D空间可视化方法。在二维径向坐标映射基础上,引入雷达图的面积特征作为第三维,构成三维径向坐标映射。基于超复数实现径向坐标在3D空间的计算。实验结果表明,三维映射较二维映射更能反映数据结构信息,有效处理了二维径向坐标映射中映射数据点易堆叠的问题。     

基于光线投射算法实现与三维场景的交互功能

详细地介绍了采用光线投射算法实现与三维场景的交互功能的基本原理与过程,并针对效率的提高介绍了采用层次包围盒技术来加速计算的方法。     

八叉树编码与GPU加速结合的光线投射法

为了同时保证绘制速度和图像质量,提出了一种基于GPU加速的光线投射算法.该算法利用图形硬件自带的三线性插值功能来完成光线投射算法中耗时的采样、插值过程,在采样过程中进行空间跳跃,以实现绘制加速.实验结果表明：该算法保证了高质量的图像绘制效果,在增加存储容量较小的同时将绘制速度提高了95倍,实现了海量体数据基于GPU的实时绘制.     

一种有效的二维频率估计新方法

针对高斯白噪声环境,提出一种三迭代算法估计二维频率．利用二维数据的旋转不变性,构造4个具有对角结构的数据矩阵,在时域进一步扩展,形成一组对角结构的数据矩阵．通过数据矩阵组的联合对角化,实现二维频率的估计,所得二维频率能自动配对．该方法每步迭代具有精确的最小二乘闭式解,消除了多阶段分解算法的误差积累,提高了估计精度．通过和克拉美罗界(CRB)的比较验证了该算法的有效性．     

D-S算法在气象卫星功能仿真中的应用

气象卫星云图模拟是气象卫星功能仿真所研究的核心问题,在此研究了Diamond\|Square算法的原理与实现,然后应用正弦函数和高斯函数,从Diamond\|Square算法生成的二维数组出发,构造三维离散数据场;运用体绘制技术实现三维数据场的可视化,得到卫星云图。     

一种提高三维医学数据场边缘过渡区域图像质量的算法

在对医学三维数据场模糊特性的分析基础上，提出了一种提高三维医学数据场边界过渡区域图像质量的体元投射算法。论详细说明了算法流程，包括特征区域的提取方法和基于体元合并的数据场绘制方法。实验表明，算法既提高了过渡区的图像质量，也保证了绘制速度。     

利用光线投射法虚拟X光线图片进行基于灰度的2D/3D配准算法研究

2D/3D图像配准是一种图像信息融合技术,解决了医学图像领域不同维度的图像存在信息缺失的问题,在临床诊疗和手术导航中都有广泛的应用.所采用的配准方法是基于图像灰度的配准,通过以光线跟踪算法(Ray Casting)为基础的数字影像重建技术对CT体数据进行操作,从而生成虚拟X光线图像,使其与待配准的X光线图像进行比较,进行相似性测度的计算,通过优化算法使测度值达到最小.实验结果表明,本算法精度较高,而且当改变曝光强度,添加噪声等条件下,仍能保证很好的精度.     

三维Shepp-Logan头部模型仿真投影数据的计算

为了验证三维重建算法的可靠性和准确性 ,提出以 3DShepp Logan头部模型作为三维医学图像重建领域进行仿真实验和算法性能评测的基本参考模型 ,详细介绍了模型的设计与实现以及仿真投影数据的计算 ,并基于 3DShepp Logan头部模型的三维医学图像重建进行了仿真实验 ,实验结果证明了新思路的可行性和模型计算的准确性     

利用深度图像改进光场描述符的三维模型检索算法

针对光场描述符丢失三维模型空间信息以及全景视图描述符投影视图较少的问题,提出一种结合深度图像的三维模型检索算法. 该算法引入深度图像对光场描述符加以改进,得到投影视图后,分别提取其离散小波变换特征和Zernike矩特征;然后对深度图像进行聚类去掉冗余信息,并通过随机游走算法来确定每一类的权重,以更好地反映类间关系;最后设计改进全景视图相似距离计算方法,用于进一步的三维模型检索. 在普林斯顿模型库上的实验结果表明,该算法有效利用了三维模型空间信息,提高了检索精确度.     

舰船目标三维散射中心建模及SAR快速仿真方法

直接合成孔径雷达成像仿真方法在实现大型舰船目标回波仿真和合成孔径雷达成像时时效偏低,难以满足对海探测制导闭环验证过程中对合成孔径雷达快速生成的需求.因此,提出了基于三维散射中心的舰船目标合成孔径雷达回波和成像仿真方法.首先通过射线管积分三维快速成像和CLEAN三维散射中心提取得到不同视角下目标三维散射中心;然后通过对应...     

冷轧带钢缺陷表面形状恢复新算法

为改善冷轧带钢表面缺陷分类识别性能,提出基于从阴影恢复形状原理的表面缺陷三维重构算法． 针对表面缺陷检测系统的光路设计,提出一种改进的Oren-Nayar漫反射模型,结合透视投影模型推导出相应 的反射图方程,利用基于高阶Lax-Friedrichs汉密尔顿函数和牛顿迭代相结合的快速扫描算法完成了该方程 的求解,实现表面缺陷三维信息的提取．利用合成图像和表面缺陷图像进行三维重构实验,结果表明该算法 重构精度高,验证了改进光照模型的正确性．该三维重构算法能够有效地提取冷轧带钢表面缺陷三维信息, 有助于提高表面缺陷分类识别性能     

基于区域增长分割算法的医学图像重建

Marching Cubes（MC）算法是经典的三维重建算法,但它采用阈值分割,算法单一.利用目前比较成熟的分割算法结果,将其作为MC算法的输入数据以改进重建算法.实验证明该方法有效扩充了MC算法的适用范围,大大提高了MC算法的重建精度.     

基于VTK的OCT三维图像重建研究

从OCT系统的基本原理出发,应用体绘制中的光线投射算法,基于VTK可视化工具包,根据OCT系统的三维数据结构,提出一种对OCT系统获得的数据进行三维图像重建的方法,即多条射线从屏幕像素点出发穿过OCT系统获得的数据,沿射线方向对数据进行采样并累加,累加结果即可获得最终的三维重建图像。使用这种方法,传统OCT和宽场OCT样品的三维图像得以成功重建,且重建结果能够反映出样品的基本结构并给出样品的细节信息。     

三维温度梯度场中本征声线轨迹的求取

为了降低声波在温度梯度场中的折射现象对声学CT法温度场重建精度的影响,研究了温度梯度场中声波的真实传播路径,即本征声线轨迹,提出了一种三维本征声线出射角确定法.利用正三棱锥前向展开法,在单峰、双峰模型温度场中进行了三维本征声线追踪.结果表明,三维温度梯度场中的声线轨迹有明显弯曲,该三维本征声线轨迹求取法可用于复杂三维温度场中实际声线轨迹的确定,并有望应用于三维温度场声学CT重建系统中.