基于GPU的地下管线三维可视化建模研究

地下管线的三维建模与可视化是构建“数字城市”的重要内容,总结现有地下管线实时建模算法的不足,提出一种利用GPU编程实现的地下管线实时三维可视化建模算法。利用现代GPU的可编程特性将管线建模的计算任务全部移植到GPU端完成,CPU端只需传入管径和管线节点坐标,利用GPU提供的几何着色器完成管线模型的顶点坐标计算、管线顶点数据自动生成及管线三角网构建等工作,并通过光照和纹理映射实现管线材质的真实感效果。实验结果表明,该算法克服了现有建模算法的缺陷,能够在保证管线拟合逼真度的基础上完成大规模管网系统三维实时可视化建模的任务。     

三维地形高质量实时矢量叠加绘制

在高低起伏的三维地形上无缝叠加二维矢量数据是三维地理信息系统可视化的必须功能.为了进一步提高矢量纹理的像素有效利用率,减轻走样,提出一种采用多级联的绘制方法来改进传统基于纹理的矢量叠加绘制过程的算法.该算法采用深度剖分和屏幕空间分块2种策略对视域四棱锥进行分割,对子四棱锥内矢量进行级联绘制,并对绘制范围进行调整优化,整个算法过程完整地利用了现代GPU可编程硬件来实现.实验结果表明,文中算法适用于大范围多分辨率地形上的矢量绘制,绘制过程达到了实时,绘制效果令人满意.     

基于旋转矢量法的三维管线建模

管线三维可视化的一个重点问题是对于从原有二维管线中心线数据中计算提取出管线表面顶点的坐标,难点在于弯管处的表面处理。文中提出基于旋转矢量法的三维管线建模方法,能够生成连续的三维管线,并可以控制管线的精细程度。实验表明此方法便于理解,计算量小,生成的管线表面平滑。     

基于GPU的海量离散点高程并行插值算法

提出一种基于GPU的高程并行插值算法,实现了对三维地表上海量离散点的并行加速渲染。通过高程纹理组织三维地表网格高程数据作为离散点渲染的基础,并通过GLSL编写GPU着色器程序动态控制图形渲染管线,实现视点相关的高程并行插值算法。实验结果表明,提出的基于GPU的高程并行插值算法较传统的内存插值算法,将三维地表上海量离散点的渲染量级从百万级提高到了千万级。     

基于位移映射的非规则军队标号绘制算法

为了解决三维非规则军标与地形的叠加问题,提出一种基于位移映射的军队标号绘制算法.首先在GPU片元着色器中对地形进行平滑过滤,滤除局部细节而保留地形起伏的主体趋势,将处理结果实时绘制成位移映射纹理;然后由非规则军标的控制点集生成军标二维外轮廓,用之裁剪一次NURBS表面生成平面的军标网格;最后在GPU顶点着色器中依据绑定的位移映射纹理位移军标网格上各顶点,以达到地形匹配的目的.实验结果表明,该算法可使非规则军标合理地匹配上三维地形,且运算效率高,能满足交互编辑以及动态推演的实时要求.     

基于VTF的海洋生物骨骼动画系统设计与实现

针对现有的大多数骨骼动画数据格式读取解析效率低和顶点着色器的特性导致GPU性能受到限制的问题,提出海洋生物骨骼动画的数据管理和绘制两方面整体性优化设计方案。数据上采用FBX文件格式,经过数据预处理转换成特定的数据格式;绘制上采用基于VTF(Vertex Texture Fetch)技术的GPU加速算法,通过将骨骼矩阵、权重和偏移量预创建成纹理来减少CPU与GPU之间的通讯次数;最终实现海洋生物的骨骼动画仿真系统。     

地形可视化中的改进Geoclipmap算法

在大地形实时绘制中,大规模的地形数据和有限的硬件数据通信带宽是限制地形绘制效率的主要原因。在Geoclipmap算法的基础上,通过使用几何场景图(GSG)组织结构提高数据外存加载效率,在mipmap棱锥生成过程中采取sinc滤波方法进行重采样,避免地形细节丢失。为减少CPU到图形处理器（GPU）的数据流量,提出一种基于层次包围球的二级视锥体裁剪技术,并将法线的生成放到GPU的片段着色器中。实验结果表明,算法保持地形真实感,并有效提高绘制效率,能满足大地形的实时渲染要求。     

基于视点相关透视纹理的矢量数据在三维地形上的叠加绘制

为了精确、高效地将传统二维矢量数据叠加到三维多分辨率地形上,提出一种基于视点相关透视纹理的叠加绘制算法.首先通过场景视点得到能充分逼近当前地形可视范围的透视投影,然后用该透视投影实时地将二维矢量数据绘制在与地形绑定的纹理上,同时在GPU中并行计算出纹理坐标.与传统的基于纹理的绘制方法相比,视点相关的透视投影能够提高纹理的像素利用率,从而减轻传统方法所产生的走样问题,提高矢量数据的绘制质量;且该算法不受地形几何数据的约束,能够与目前大多数多分辨率地形模型以及影像金字塔很好地结合在一起使用.     

基于GPU的可视化测量仪器软件设计

提出利用显卡图形处理单元(Graphics Processing Units, GPU)的并行信息处理能力解决仪器软件在执行海量数据处理、建模、渲染以及交互所面临的开销过大的难题,基于DirectX 11的计算着色器(Compute Shader,CS)实现海量测量数据的处理和建模以及高速推送渲染,建立在GPU内实现海量数据模型上点的拾取模块,以提高仪器可视化测量中的交互执行。实验比对证实了基于GPU的可视化测量仪器软件的高执行效率。研究为挖掘可视化测量仪器硬件能力、合理配置仪器CPU与GPU开销、在整体上提高仪器运行效率提供了一条有价值的技术路径。     

基于GPU的医学图像快速面绘制

提出了一种医学图像快速面绘制的方法,该方法将新一代图形处理器GeForce 8800的特性和MC（Marching Cubes）算法相结合。利用几何着色器的数据批处理能力在每个立方体中提取等值面并生成三角形带;在片段着色器上采用Phong光照模型对生成三角形渲染显示。建模和显示过程均在GPU上完成,对CPU的依赖低。实验表明,在保证绘制效果的前提下,该方法可在通用PC平台上实现大小为512×512×400的CT数据的实时建模,有很好的实用价值。     

一种系统化流水线控制方法

本文研究设计了一种系统化流水线控制方法及其递推理论公式。基于该方法,在0.18um CMOS工艺条件下,实现系统时钟为200MHz的兼容于ARMv4指令集微处理器,指令执行效率最低为150 MIPS。每一级流水线本质为本级流水线是否保存指令执行结果、本级流水线指令是否执行下一级流水线、是否自锁执行本级流水线。根据这一本质,只需单独考虑每一类指令的执行过程,而无需考虑指令之间的复杂关系,使系统设计简单化,其优点在于对流水线深度不敏感,控制结构类似,适合于高深度、最优深度流水线设计,解决流水线控制逻辑的设计难度,提高微处理器指令执行效率。     

输油气管道站场工艺管线数据模型研究

管线数据模型的研究对管道完整性管理与应用具有重要意义。目前,针对站场管道数据模型的研究仍处于起步阶段。本文根据输油气站场工艺管线的特点,对站场内工艺管线与设备进行了抽象,以几何网络为基础提出并建立了站内工艺管线数据模型,并阐述了数据模型的设计过程。以该模型为基础建立了三维站场应用系统,研发了工艺流程动态研究、设备管理等功能模块。实践证明,本文提出的站场工艺管线数据模型具有很高的实用价值。     

渗滤液导排管道检测机器人的研究

针对垃圾填埋场渗滤液导排管道检测的需要,研究了一种基于CCD摄像方法的管道检测机器人系统,该系统主要由机器人的驱动装置、预清洗装置、检测系统、控制系统和地面工作站等组成.详细介绍了管道检测机器人的系统总体设计和各组成部分的功能.经系统测试和现场实验表明,该系统能够在管道内平稳运行、传输出清晰地管道内壁图像、完成管道清洗的工作,实现管道机器人的远程信息的交换和控制.     

分布内存系统中流水并行代码的自动生成

并行循环分为DOALL和DOACROSS。DOACROSS循环携带数据依赖,在并行执行时需要通信支持,对于可以精确分析依赖关系的DOACROSS循环可通过流水并行方式提高性能。该文针对流水并行代码的自动生成进行讨论,包括数据依赖关系图和流水关系图的建立、流水并行判别准则和流水代码的自动生成等。实验证明流水并行后能获得较好的加速比。     

多通道超声系统在管道内检测中的应用

多通道超声自动检测是管道腐蚀内检测的关键技术。根据管道内检测的要求,研制了具有20个探头的数字式多通道超声管道内检测系统。检测系统采用主从结构,检测板卡通过PCI总线与嵌入式计算机通信,并利用高速切换开关扩展通道数。超声回波信号处理采用Burg最大熵谱估计法,得到管道壁厚数据。经标准实验管段检测证明,检测系统能够检测管道内外腐蚀缺陷,数据采集、处理、存储及图像显示满足管道内检测要求,应用前景较好。     

城市综合地下管线信息系统开发模式与关键技术

城市地下管线的隐蔽性、动态性、网络性和多样性决定了地下管线信息管理与信息系统开发的复杂性与难度。本文给出了一种城市综合信息系统开发模式，很好地解决了数据的可靠性和精度、数据的动态更新等难题，并对信息系统设计进行了较详细的描述。该模式对大中城市综合地下管线系统的建设具有很好的借鉴和指导意义。     

管道泄漏监测信息集成应用的实现

管道泄漏监测不仅是油田企业生产要求,也是安全环保的需要,油田企业越来越重视对管道泄漏动态监测管理。本文以大港油田为实例,分别从管道泄漏监测技术发展、系统框架、功能组成、应用效果等方面,描述了基于不同泄漏监测技术的、分布式部署的管道泄漏监测系统的集成管理与应用的实现,并对应用效果进行了描述。     

Arclnfo平台下燃气管网事故关阀分析的技术实现

GIS技术提供了一种以空间为特性的全新数据处理模式，近些年在燃气行业中得到广泛应用，但是目前的燃气管网GIS系统大多只停留在对管网资料的管理上。通过工程项目实例，提出燃气管网GIS系统更智能化技术——在Arclnfo平台下实现管网事故关阀分析技术，探讨关阀分析机制的详细方法和实现流程。     

ArcInfo平台下燃气管网事故关阀分析的技术实现

GIS技术提供了一种以空间为特性的全新数据处理模式,近些年在燃气行业中得到广泛应用,但是目前的燃气管网GIS系统大多只停留在对管网资料的管理上.通过工程项目实例,提出燃气管网GIS系统更智能化技术--在ArcInfo平台下实现管网事故关阀分析技术,探讨关阀分析机制的详细方法和实现流程.     

数据不规则问题全相关Block递归方程组多维流水线并行技术研究

主要讨论数据不规则问题全相关Block递归方程组多维流水线并行的实现.首先给出全相关Block递归方程组的模型方程,并从图论的角度给出了流水关系有向图的定义以及流水线并行条件的判别准则,分析了影响流水线并行效率的主要因素.在此基础上,提出一种基于流水关系有向图的流水线并行实现算法并应用于数据不规则问题.实验结果表明该方法在复杂区域情况下也可以取得较高的效率.