一种全球尺度三维大气数据可视化系统

气象数据具有时变、多源、多维度、数据量大和多尺度等特征,常规的气象数据可视化方法难以满足气象预报与气象研究中的需求.描述了一个新的全球尺度三维大气数据可视化系统——AVIS.系统实现了面向各类密度场、向量场、张量场和非空间数据的可视化方法,设计了适用于大气数据的球面体绘制和混合绘制方法.系统还实现了一套跨平台并行可视化及分析构架,支持在浏览器中或其他显示和交互设备上使用,并利用后端计算集群加速数据的计算与绘制过程.案例分析表明,该系统可以全方位地展现气象数据中的信息,帮助用户综合多种气象信息进行分析.     

基于改进流体扰动算法与灰狼优化的无人机三维航路规划

针对复杂地形环境下的无人机三维航路规划问题, 提出一种基于改进的扰动流体动态系统与灰狼优化理论的混合航路规划算法. 构建改进的扰动流体动态系统数学模型, 通过修正初始汇流得到扰动流场, 流场流线即可看作规划航路, 能有效避免驻点、局部陷阱等问题. 通过模拟灰狼群体的等级制度和捕食策略, 并引入个体记忆功能和优胜劣汰选择规则, 对障碍物反应系数进行寻优. 仿真结果表明, 规划出的三维航路平滑、可飞, 具有良好的避障特性.

     

面向移动终端的三维模型简化与碰撞检测方法研究

移动终端三维场景的绘制与漫游由于其庞大的模型数据量和复杂的外观形态使得实现清晰的场景快速绘制十分困难。为了加快模型的绘制,提出了一种面向移动终端的三维模型的简化与碰撞检测方法,以优化绘制过程。该方法通过二次测量误差半边折叠算法来简化三维模型,并利用八叉树技术对不能显示在屏幕中的场景进行剔除,从而实现三维场景的快速读取、组织和绘制。针对移动设备的屏幕尺寸以及计算能力等限制,实现了适用于移动平台的碰撞检测算法,减少了计算量。实验结果表明,该方法能有效地简化模型,并提高绘制效率,同时减少碰撞检测的计算时间,因而可应用于三维场景的快速逼真绘制。     

基于改进光线投射算法的体数据显示

光线投射算法属于直接体绘制（DVR）中应用比较广泛的算法,其优点是绘制质量高,但是存在采样点计算量大,绘制速度慢的问题.针对这一问题,本文利用投射光线在物空间的传递性质,提出了一种改进的计算采样点位置的算法,加快采样点的获取速度,提高图像三维重建的效率.该算法在PC机平台上得到了实现,不仅在图像质量上得到保证而且绘制速度又有很大提高,为图像的三维重建提供了有效的手段.     

基于LOD的海量地形数据并行渲染技术

随着地球空间信息技术的发展,建立具有海量空间数据的大规模虚拟地形场景越来越重要. 然而,面对海量的地形数据,如何简化地形,提升绘制与渲染效率,是地形渲染的关键. 本文对LOD地形渲染技术、大规模数据集的分析与处理、并行计算等相关技术进行了研究,提出了基于LOD的海量地形数据并行渲染技术. 该技术首先使用LOD四叉树简化地形,其次结合多核CPU并行计算的方法提升效率,最后结合大规模数据调度策略,实现了海量地形数据的并行渲染,并分析对比了非并行和并行情况下的实验结果. 本文所取得的理论与技术方面的成果可为大规模场景渲染提供新的技术思路.     

并行精确排序的快速投影四面体体绘制

投影四面体法需要对四面体集合进行逐帧排序,而相邻四面体之间的顺序制约和依赖性限制了并行排序的效率.基于以上问题,提出一种视点相关的、基于逻辑切割的快速四面体集合精确排序方法.该方法分为4个串行步骤:首先沿视线方向将四面体集合所在空间剖分成一列有序的深度区间,每个区间包含一组四面体子集;然后并行地对每个区间的子集逐层提取互不遮挡的四面体,完成精确排序;再将区间边界上的四面体进行逻辑切割,并采用分段积分计算所有四面体在区间内的颜色贡献;最后按序沿视线方向累积所有区间的颜色贡献.实验结果表明,文中方法提高了四面体拓扑排序的并行度,极大地降低了排序时间,并大幅度地改进了绘制效率.     

基于改进Marching Cubes算法的乳腺MRI肿块三维重建

核磁共振成像MRI(Magnetic Resonance Imaging)是目前乳腺癌肿块诊断的常用辅助手段,对图像的正确解析是关键,针对传统MC(Marching Cubes)面绘制算法应用于乳腺MRI图像的不足,提出了改进方法。首先利用乳腺MRI序列图相邻帧间图像灰度分布的相似,肿块组织形状相近等相关性,在RSF(Region-Scalable Fitting)模型的基础上利用初始轮廓迭代的方法提取肿块区域。接着将多组参数下获得的结果,依据每一帧与其前后帧的重叠面积越大越好作为条件进行筛选,使提取的等值面最优化。最后采用基于加权二次误差度量的三角形折叠方法,对面绘制产生的大量三角网格进行了简化。将所提出的改进方法应用于30例乳腺MRI序列图,实验结果表明,对于乳腺MRI肿块的三维重建在精度和绘制速度上都比使用传统MC算法有很大提高。     

真实感眩光效果实时绘制

针对现有眩光效果绘制方法的真实感和速度问题,提出一种基于GPU的真实感眩光效果绘制方法.首先根据光圈和镜头生成带有随机镜头噪声的二维衍射光栅图像;其次考虑夫琅禾费和菲涅耳2种不同的衍射效果,利用预存算法系数的快速傅里叶变换模拟衍射效果的光学过程,并通过衍射效果的光谱模型实现真实感绘制,同时利用2个独立的一维高斯卷积核加速实现bloom效果;再通过随机小角度旋转和混合操作进行真实感增强;最后采用实时光线跟踪渲染框架,在三维场景中实现了真实感眩光效果的实时绘制.该方法的主要步骤采用CUDA实现,充分利用了GPU强大的并行计算能力并兼顾考虑存储器优化策略.实验结果表明,文中方法绘制结果具有较强的真实感和实时性.     

基于SiPESC平台的卫星编队飞行视景仿真系统设计和实现

针对卫星编队飞行视景仿真的需求,基于SiPESC平台设计并实现视景仿真系统SiPESC.SatFly.在架构设计层,基于SiPESC平台,采用插件式体系结构,将功能需求易于变化的部分设计为独立插件;在系统实现层,结合OGRE(Object-Oriented Graphics Rendering Engine)渲染引擎和XML,实现预设方案的灵活配置;在仿真应用层,实现近地轨道卫星编队飞行和卫星轨道转移过程仿真.该系统通用性强,配置灵活,场景渲染逼真,并且提供多窗口、多视角的观察模式,方便数据分析和概念理解.     

Non-photorealistic, depth-based image editing

Recent works in image editing are opening up new possibilities to manipulate and enhance input images. Within this context, we leverage well-known characteristics of human perception along with a simple depth approximation algorithm to generate non-photorealistic renditions that would be difficult to achieve with existing methods. Once a perceptually plausible depth map is obtained from the input image, we show how simple algorithms yield powerful new depictions of such an image. Additionally, we show how artistic manipulation of depth maps can be used to create novel non-photorealistic versions, for which we provide the user with an intuitive interface. Our real-time implementation on graphics hardware allows the user to efficiently explore artistic possibilities for each image. We show results produced with six different styles proving the versatility of our approach, and validate our assumptions and simplifications by means of a user study.