数字化技术让沉睡在标本馆里的睡美人活起来——“国家标本资源共享平台及其应用”专刊序言

本期《科研信息化技术与应用》的“国家标本资源共享平台及其应用”专刊刊登了 13 篇文章,其中综述性论文 4 篇,技术性论文 3 篇,应用类论文 6 篇。本专刊全面系统地介绍了我国标本数字化的最新进展及其在各个不同学科不同层次的应用。首先对国内外生物标本资源数字化进展进行了分析和介绍,重点对我国国家标本资源共享平台从不同侧面,系统而全面地进行了分析,并对我国今后标本数字化提出了非常具有建设性的建议;然后基于 NSII 网页浏览日志中标本查询页面中的用户检索关键词进行了分析,一定程度上揭示用户对不同物种、不同地理分布和馆藏分布的关注度,从而确定热点物种;并分别详细介绍了植物、动物和岩矿子平台标本数字化、平台建设、数据资源、专题库建设、以及为相关领域研究提供的服务。国家标本资源共享平台除了提供标本数据服务外,还为各具特色的专题数据库建设、各种专题研究提供了很好的空间和相关技术服务;生物多样性数据 Gap 分析、可视化分析、三维展示技术、多媒体技术等在标本数字化展示和相关研究中得到了很好的应用。     

基于地学标本资源平台的多媒体产品研发——以《化石复原生命奇迹—中国侏罗纪恐龙动物群》为例

现今信息化时代的到来,利用多媒体进行科普宣传传播已经成为主要方法,多媒体产品的研发已迫在眉睫。本文主要以地学标本资源为基础,重点论述了多媒体视频选题的依据、剧脚本的设计、内容素材收集和整理、制作过程,以及实践作品《化石复原生命奇迹——中国侏罗纪恐龙动物群》取得的效果。同时呈现了地学标本资源平台多种多媒体产品的展示效果,探讨了地学标本平台多媒体产品的研发的前景和开发路径,为地学类多媒体产品研发提供参考。     

基于X3D的三维地形可视化研究

三维地形可视化技术一直是地理信息系统、数字摄影测量、虚拟现实等领域的研究热点。介绍了X3D的相关知识,利用Java平台和X3D技术实现三维地形的可视化。     

基于OpenGL的三维地形可视化技术研究

三维地形可视化技术一直是地理信息系统、数字摄影测量、虚拟现实等领域的研究热点.对 OpenGL 的发展现状和数字高程模型(DEM)的相关知识进行了介绍,重点讨论了利用 Visual C 6.0 平台和 OpenGL 编程技术,建立虚拟地形三维可视化系统的关键技术和实现过程.     

机器人巡检与三维数字化运维平台设计

本文首先阐述了传统巡检的弊端,并且对巡检机器人的功能和三维可视化技术进行了分析阐述;其次对巡检机器人运行进行了需求分析,并简单介绍了系统运行所需数据库的设计,构建三维数字化运维平台,结合NGUI(Next-Gen UI)技术实现三维可视化管理;最后对系统的运行效果进行展示与评价.测试结果表明,在机器人巡检系统中结合NG...     

面向远程应用的真三维可视化仿真及其实现技术

基于Web的三维可视化仿真及其实现技术,设计了一种基于J2EE平台和B/S结构的三维可视化仿真系统框架,采用JOGL手段构建了基于B/S结构模式的三维可视化仿真系统原型,形成了基于Web的工程系统的三维可视化仿真及其实现技术。经实践验证了所采用的三维可视化仿真技术的可行性,展示了基于J2EE平台和B/S结构的三维可视化仿真系统的发展与应用前景。     

无人机动态路径规划可视化仿真系统研究

针对现阶段无人机动态路径规划算法仿真可视性差和飞行环境仿真不足等问题,提出了一种基于Cesium的无人机动态路径规划可视化仿真系统;该系统在基于Client/Server(B/S)架构基础上,使用开源三维虚拟地球Cesium可视化引擎,按照可视化系统的总体设计及流程,利用坐标系转换方法与三维可视化技术,构建了一个无人机在真实地理环境中动态路径规划可视化仿真系统,实现了三维人工势场法路径规划的动态可视化仿真展示;实验表明,该系统不仅能够直观展示无人机在真实地理环境下的动态路径规划过程效果,还能够为相关研究提供直观、全面的可视化分析和评估手段。     

基于OpenGL ES的二三维地图可视化客户端设计与实现

随着移动设备的快速增长,人们越来越注重其服务及娱乐功能,例如GPS导航及基于位置的服务。地图展示是导航和位置服务的基础,现有的移动终端地图可视化软件大多只支持二维地图的展示。为了向用户提供更具直观性和真实性的三维模型展示,设计并实现了一个基于OpenGL ES的二、三维地图可视化系统。该系统基于开源的Android系统,支持二、三维地图的展示。介绍该系统的设计与实现,重点阐述系统中所使用到的二、三维地图渲染、缓冲机制、多线程机制、模型精简等关键技术。最后,给出了瓦片地图和三维模型可视化的效果图。结果表明,该系统能够较好地展示二、三维地图,具有较大的现实意义和推广意义。     

基于Python的海洋气象数据可视化技术研究

针对现有可视化方法在展示海洋气象数据时,存在可视化覆盖范围小、可视化数据量少的问题,文章提出基于Python的海洋气象数据可视化技术研究。对来自不同数据源、不同类型、不同格式的多源异构海洋气象数据,采用清洗、格式转换等方式实现同一化处理;绘制海洋气象数据体,并对其进行三维立体分割;利用Python技术,实现非结构化数据与结构化数据的可视化展现。实验结果表明,所提可视化方法可以实现对更大范围、更多数量的海洋气象数据的展示,具备更加理想的可视化效果。     

数字孪生水下三维实景数据底板获取技术研究

为了获取高精度的水下三维模型细节纹理结构,满足数字孪生建设对水下三维实景数据底板获取的需求,实现对水下构筑物的实时可视化动态监测,基于GNSS技术、USBL技术研究构建了水陆一体化定位技术,融合水陆一体化定位技术、有缆ROV和水下摄影测量设备等研发了水下摄影测量系统,实现了数字孪生水下三维实景数据底板的获取,并采用多波束测深系统、水下三维全景成像声纳系统等对水下摄影测量系统获取的三维实景模型数据成果精度进行了验证,结果表明：水下摄影测量系统获取的三维实景模型精度满足规范要求,可用于数字孪生流域、工程等水下基础数据底板的建设,也可为水下高精度三维场景重构再现和水利工程水下构筑物实时动态监测提供技术支撑。     

TransCAIP: A Live 3D TV System Using a Camera Array and an Integral Photography Display with Interactive Control of Viewing Parameters

The system described in this paper provides a real-time 3D visual experience by using an array of 64 video cameras and an integral photography display with 60 viewing directions. The live 3D scene in front of the camera array is reproduced by the full-color, full-parallax autostereoscopic display with interactive control of viewing parameters. The main technical challenge is fast and flexible conversion of the data from the 64 multicamera images to the integral photography format. Based on image-based rendering techniques, our conversion method first renders 60 novel images corresponding to the viewing directions of the display, and then arranges the rendered pixels to produce an integral photography image. For real-time processing on a single PC, all the conversion processes are implemented on a GPU with GPGPU techniques. The conversion method also allows a user to interactively control viewing parameters of the displayed image for reproducing the dynamic 3D scene with desirable parameters. This control is performed as a software process, without reconfiguring the hardware system, by changing the rendering parameters such as the convergence point of the rendering cameras and the interval between the viewpoints of the rendering cameras.     

基于三维地球场景的干扰条件雷达探测范围可视化方法

雷达探测范围的三维可视化是现代战场电磁态势显示的关键组成部分。以电子对抗情况中雷达探测范围模型为基础,深入研究雷达局部坐标与地心直角坐标的转换算法,提出一种基于三维地球场景绘制理想条件与干扰条件下雷达探测范围的可视化方法。研究设计基于理想条件与干扰条件下雷达探测范围可视化数据需求的数据库,并基于三维地球场景平台ArcGlobe,结合OpenGL绘图技术,应用该可视化方法开发海战场电磁态势显示系统。实验结果表明该可视化方法能够高效形象地在三维地球场景下展现理想条件与干扰条件下的雷达探测范围,为指挥员洞察战场态势提供支持。     

三维地形生成及其可视化处理研究

针对在三维地形处理领域中存在的地形数据获取困难,可视化处理过程复杂真实感效果不强的问题.文中提出了一种三维地形生成和可视化处理的方法,该方法采用分形算法生成虚拟地形数据,然后将其存储为地理信息系统中通用的数字高程数据格式,最后将数据导入三维建模软件Multigen Creator 3.0中,结合网格生成、三维投影和纹理映射等,进行可视化处理.仿真试验表明:该方法能快速获取有效的地形高程数据,经过处理后得到了直观的,真实感较强的三维显示效果图.该文为三维地形生成和可视化处理问题提供了一种有效的、可实现的处理方法.     

三维可视化技术微型飞行器仿真中的应用

首先简要介绍了三维可视化技术在微型飞行器飞行仿真中的作用及其意义，重点讨论了基于三维可视化技术的飞行器的运动仿真及基于分形技术的地形仿真，在此基础之上讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法。仿真软件中的三维图形实时显示采用Visual C 和OpenGL共同完成。     

煤矿地质三维可视化的研究与应用

利用SQL Server 2005为数据库,采用先进的TIN数字高程模型、VC＋＋面向对象技术和多媒体建模方法作为前台开发工具,利用不规则三角网Delaunay算法自动生成标准的TIN三角网地形,通过OpenGL强大的三维处理和显示引擎,实时、动态生成各种矿井实体,再现井上下真实的三维场景,构建三维可视化应用,实现了煤矿三维可视化系统。     

基于Skyline的战场态势系统研究与实现

传统的战场态势系统主要是基于实物或二维GIS开发,一般停留在二维层面上的展示。本文提出的基于Skyline的战场态势显示,利用Skyline提供的3D控件技术,对战场元素、作战单元进行真实建模,实现了真正意义上的三维战场可视化。同时,采用二、三维联动的方法,更加全面准确地展示战场环境,直观地反映出作战单元的动态性和交互性,为作战指挥及作战决策提供强有力的参考支持。     

一种面向VR多投影环幕设备的可视化结果显示方法

传统显示设备难以满足大规模复杂数据可视化结果显示的需求,而VR多投影环幕显示设备提供的沉浸式显示环境可以良好地应对复杂数据可视化显示的使用情景。提出一种面向VR多投影环幕设备的可视化结果显示方法,通过设计多投影环境中兼容2D与3D显示的渲染流程,解决了传统方法中出现的画面渲染模糊问题。同时,该方法通过3D运动模拟计算以及交互射线计算解决了在新渲染流程下的立体显示和交互坐标转换问题。实验结果表明,该方法有效地提高了多投影环境中可视化结果画面的清晰度,并支持立体显示与交互。     

桌面环境下拼贴显示的自动对准

通过拼贴一组投影仪来构建高分辨率显示系统已成为现在一个较实际的办法.但是,这样的高分辨率显示系统用途有限,因为它们需要在定制的并行机或个人计算机集群上运行一些专门开发的并行形象化程序才能实现.针对个人计算机桌面环境下的任意拼贴显示给出了一种自动对准机制,使得桌面用户可以在其上运行普通的桌面应用软件.该系统包括3个步骤:检测投影仪对齐失准,计算出纠正所需之变换,对桌面环境进行实时的变形.这样就允许用户在运行任何2D,3D或视频程序时无须作任何修改,也无须使用专门的硬件支持.实验结果表明,系统能够获得亚像素级的精度,并且能在系统性能衰减最小的情况下达到实时变形.     

Visualization and Computer Graphics on Isotropically Emissive Volumetric Displays

The availability of commodity volumetric displays provides ordinary users with a new means of visualizing 3D data. Many of these displays are in the class of isotropically emissive light devices, which are designed to directly illuminate voxels in a 3D frame buffer, producing x-ray-like visualizations. While this technology can offer intuitive insight into a 3D object, the visualizations are perceptually different from what a computer graphics or visualization system would render on a 2D screen. This paper formalizes rendering on isotropically emissive displays and introduces a novel technique that emulates traditional rendering effects on isotropically emissive volumetric displays, delivering results that are much closer to what is traditionally rendered on regular 2D screens. Such a technique can significantly broaden the capability and usage of isotropically emissive volumetric displays. Our method takes a 3D data set or object as the input, creates an intermediate light field, and outputs a special 3D volume data set called a lumi-volume. This lumi-volume encodes approximated rendering effects in a form suitable for display with accumulative integrals along unobtrusive rays. When a lumi-volume is fed directly into an isotropically emissive volumetric display, it creates a 3D visualization with surface shading effects that are familiar to the users. The key to this technique is an algorithm for creating a 3D lumi-volume from a 4D light field. In this paper, we discuss a number of technical issues, including transparency effects due to the dimension reduction and sampling rates for light fields and lumi-volumes. We show the effectiveness and usability of this technique with a selection of experimental results captured from an isotropically emissive volumetric display, and we demonstrate its potential capability and scalability with computer-simulated high-resolution results.     

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。