一种使用角点特征优化KinectFusion的3D建模方法

三维建模技术已被广泛应用在医学成像、机器人导航、城市规化、虚拟现实、地形堪探等领域,而如何使用有限处理资源构建稠密模型仍然是一个具有挑战性的课题.文中提出了一种使用角点特征优化Kinect Fusion的3D建模方法,首先对Kinect捕获的每张彩色图像进行角点特征提取;然后使用螺旋搜索策略查找包含足够角点特征的感兴趣区域(region of interest,ROI);接着对连续数据帧的ROI使用迭代最近点(iterative closest point,ICP);最后,通过实验验证了文中改进方法与Kinect Fusion算法建模精度相近,但计算速度为其2倍左右.因此,文中方法在一定程度上改善了深度摄像头在室内场景重建领域中的用户体验,在相同硬件设备条件下,可完成Kinect Fusion方法 2倍左右大尺寸场景的重建工作.     

三维航道GIS中大型场景的动态组织与可视化技术研究

三维可视化技术以其直观、逼真、实时、动态等特征,目前己成为港口、海岸、航道、运河等相关领域进行科学研究、工程设计、管理与决策的重要手段。文中在对基于该技术实现的天津港三维港区与航道信息管理系统进行简单介绍的基础上,重点研究了基于空间网格索引技术、Delaunay三角网技术与LOD技术的港口地面景观与地形模型的动态组织与管理,以及基于多线程技术和OpenGL的显示列表技术的子场景块与专题信息的实时读取与渲染,并对动态海洋、全景天空、水下地形仿真与漫游、交互操作与信息查询等作了深入探讨。实践表明,文中所开发的三维可视化系统中大数据量、复杂的场景对绘制的速度影响并不大,场景逼真度高,能进行实时操作与漫游,可以满足航道与港口三维可视化、空间分析与管理的需要。     

基于大规模场景地形数据可视化方法研究

由于海量三维地形数据的快速增长,针对大规模地理场景浏览和交互的需求日益迫切,大规模场景可视化的效率主要取决于海量数据和内存中场景的规模.采用细节层次模型（LOD）组织地形数据可以消除场景规模过大、可视化效率不够高的问题,基于视点的动态调度方法,提高了三维地形场景渲染的效率.     

船舶编队过闸航行三维实时仿真

多船编队自动协同过闸是一种能深入挖掘船闸通航潜能、保障航行安全的航运新模式。为评估和验证船舶编队过闸航行控制效果,研发了一种船舶编队过闸航行三维实时仿真系统。首先,设计了船舶编队过闸航行三维仿真系统分布式架构,结合船闸水域卫星图并利用映射技术构建了船闸水域场景地形,制作了基于Unity的船闸水域三维仿真静态和动态场景。其次,采用动态和静态模型相结合方式构建了船闸运行系统,并根据船舶自身尺度和船闸宽度等条件实时计算船舶编队状态,实现了船舶纵向、横向编队全过程三维实时动态仿真。最后,以船舶自适应巡航编队航行和多船双向编队过闸航行为验证实例,对船舶编队过闸航行三维实时仿真系统分别进行了验证,结果表明本系统能实时动态模拟船舶编队过闸全过程,并准确计算船舶编队过闸航行状态,可为未来实现船闸水域船舶编队航行提供重要的基础平台支撑。     

基于OpenGL的虚拟场景生成技术

介绍了虚拟地形场景生成的基本技术,说明了规则格网方法的地形建模方法。使用线性迭加法模拟了海浪并加以绘制,并描述了树木、天空、船只、道路等自然景观的建模过程;给出了一种在PC环境中使用OpenGL图形接口和Visual C＋＋开发虚拟地形场景的技术和方法.讨论了虚拟场景的实时绘制技术,利用多线程技术实现了三维虚拟地形的实时绘制,绘制速度基本达到实时绘制的要求.最后,给出了一个虚拟地形场景的实例,并实现了人机交互,可以进行实时漫游。     

VR技术在船舶舱室三维图像重建中的应用

为了实现对船舱舱室的三维视景重构,提出基于VR技术的舱室三维图像重建技术,采用锐化模板匹配动态增强技术和帧点扫描技术,实现对船舱室的三维立体图像扫描和特征提取,结合像素匹配模型和滤波抑制方法,实现三维图像的不规则点滤波和修正处理。通过光场边缘轮廓检测和模板分块融合匹配,结合VR视景重建技术,实现对舱室的三维图像重建。仿真结果表明,采用该方法进行舱室三维图像重建,有效解决舱物理结构复杂导致的结构不规则和空间表达能力不好的问题,具有很好的视景重构性能。     

基于虚拟现实的船舶三维图像重建方法

通过对船舶三维图像重建处理,提高船舶动态检测识别能力,提出基于虚拟现实的船舶三维图像重建方法。根据船舶图像的空间位置概率分布,构建船舶三维图像的分类子网特征图模型,采用虚拟现实的三维重组技术实现对船舶三维图像重建过程中的纹理渲染和实体建模。在船舶三维图模型的Face Tools中选择虚拟现实重构的面类型,通过颜色、透明度和光照效果的动态渲染实现对船舶三维图像重建。实验表明该方法对船舶三维图像重建的视觉表达能力较好,重建的精密度水平较高。     

船舶安全动态实时监控数据结构可视化技术研究

人员和物资安全问题在船舶航行中非常重要,因此经常进行船舶安全动态实时监控,而利用传统技术处理监控数据时,效率不高,导致不能及时实施救援。针对上述问题,研究一种船舶安全动态实时监控数据结构可视化技术。通过数据采集、数据库储存、数据抽取、数据变换、数据挖掘与分析完成监控数据预处理工作,利用一种坐标计算方法对预处理数据进行映射,并绘制映射图像,利用7种操作完成人机交互,最后采取多屏幕拼接融合技术来实现船舶立体图像显示,完成船舶安全动态实时监控数据结构可视化立体呈现。通过仿真实验和对比分析,结果表明:该技术实现了三通道135°的视景仿真,画面清晰,并与传统技术相比,效率提高2 s。     

船舶并行协同设计计划管理客户化研究

随着计算机技术、网络化技术的发展,传统的手工制定计划的方式逐步被实时动态的基于网络的计划方式所代替.分析了协同设计软件Windchill和专用计划软件Microsoft Project特点,将二者进行集成,在Microsoft Project中制定船舶设计计划,将其导出到Windchill系统中在网络环境下进行计划的执行和监督控制,从而满足具有分布式、并行协同设计特点的计划管理系统.     

动网格技术中局部重构方法的改进研究

Delaunay三角化方法是生成非结构网格常用的方法之一,其生成效率比阵面推进法高,但布点能力较弱.在解决大位移运动时常用方法是网格局部重构,但网格重构会增加计算工作量.文中针对局部重构方法中的窗口边界确定方法进行研究,提出了一种改进方法,不仅可以提高Delaunay三角化方法的布点能力,而且省去了繁琐的窗口边界提取步骤,提高了运动网格计算速度和网格质量;利用无量纲半径作为程序全局变量,在保证网格质量的前提下,提高了运动网格的智能性,减少了人工干预.     

基于Vega Prime的“数字港口”三维可视化系统与构架设计

结合基于Vega Prime的"数字港口"三维可视化系统,分析了系统构架设计和场景数据库优化管理,针对三维重建可视化效果和运行效率之间的矛盾,提出了系统运用的图形数据动态调度、动态LOD(Levels of Detail)、实时软阴影优化等关键技术,并通过试验证明了该方法能够在系统流畅性和高仿真性之间获取较好平衡。     

基于多媒体技术的舰船轨迹虚拟重构技术

对舰船轨迹的虚拟重构主要包括了对舰船模型和舰船尾流的三维视景仿真重构,为了提高舰船轨迹虚拟重构的逼真度,在多媒体视觉下,提出一种基于Vega prime和Multigen Creator建模的舰船轨迹虚拟重构技术,对获取的舰船船体数据和尾流数据进行数据加载和信息编译,在虚拟场景中根据场景状态信息和渲染指令进行海洋场景、舰船模型和尾流气泡模型的绘制。采用不规则三角网分割方法实现分区域三维重构和图像处理,实现舰船轨迹虚拟重构优化。仿真结果表明,采用该方法进行舰船轨迹虚拟重构和视景仿真的逼真性较好,图像渲染能力较强,具有较好的视觉效果。     

集装箱船整船结构三维可视化图像重建方法

由于当前的船体结构设计效率和质量已经无法满足要求,为此本文设计一种基于双目立体视觉技术的集装箱船整船结构三维可视化图像重建方法。该方法首先利用双目立体摄像机采集集装箱船整船结构图像,然后对其进行灰度化和去噪处理,再利用特征检测算子提取图像特征点,最后通过计算图像之间的欧式距离进行特征点立体匹配,从而实现集装箱船整船结构三维图像重建。结果表明,本文方法可以有效完成集装箱船整船结构三维可视化图像重建任务,达到了研究目标。     

基于粒子系统的船行波建模与绘制

基于船行波理论和粒子系统理论实时生成三维船行波的方法，以矩形基本粒子对船行波粒子进行造型，采用动态纹理映射技术和透明度扰动方法，模拟船行波的辐射效果，根据船行波所受外力构建其运动方程，来描述船行进过程中船首波、船尾波粒子的运动效果，采用与视点相关技术实时生成船在海上航行的三维场景：与传统的基于物理模型的船行波模拟算法相比，该算法既正确模拟船行进时产生的船行波的运动行为和辐射行为，降低计算复杂性，真实再现船行波的三维视觉效果，在满足实时交互漫游的前提下表现出较强的真实感。实验结果表明，此方法能满足船行波实时模拟的需要。     

有限水深三维脉动源格林函数数值算法研究

由于柯西主值积分的奇异性和贝塞尔函数的振荡性,有限水深情况下复杂格林函数及其导数的精确数值求解一直是浅水中波浪水动力计算的难点,因此寻找格林函数的精确数值解显得非常重要.通过对格林函数奇异项进行变形推导,文中给出了一种去掉了奇点的新积分形式.另外通过改进前人推导的Gauss-Laguerre积分方法,给出了一种改进的新Gauss-Laguerre积分方法.格林函数及其导数的数值结果显示文中给出的两种新方法可以有效地计算复杂格林函数及其导数值.最后对这两种方法、级数解以及传统的Gauss-Laguerre积分方法的计算精度和效率进行了比较研究,结果显示文中给出的两种方法的计算精度高于传统的Gauss-Laguerre积分方法,但其计算效率低于级数解.但在接近于0的近场附近级数解失真,而文中提出的改进的新Gauss-Laguerre积分方法可以获得正确结果.同时当频率和水深均较大时级数解失真,而文中提出的方法也可以获得正确结果.最后针对这些方法的优缺点,该文提出了建议的策略用于计算有限水深格林函数.     

虚拟现实技术在海战场仿真中的应用

为实现真实感的海战环境模拟,针对虚拟海战场景的特点,详细讨论了海战场景模拟的关键技术,并建立了整体三维模型。该方法简单实用,可以满足实时海战环境仿真的需求。     

飞机三维显示跟踪的过程设计与仿真

飞机的三维显示与跟踪是动态视景仿真中一个很重要的应用.论文采用Multigen Creator/Vega建模与仿真软件,构建了一套专门针对飞机跟踪的实时三维视景仿真平台.首先建立飞机的几何模型,然后根据卫星图像等外部数据,构建环境的网格模型,再对飞机几何模型和环境网格模型进行纹理映射,最后通过坐标转换,将飞机模型动态加载到环境模型中.平台实现了飞机的实时三维跟踪,仿真实验效果理想,对开发类似的视景仿真系统具有一定的参考价值.     

水下三维声场仿真与可视化方法研究

水下三维声场仿真和可视化是信息化条件下复杂水声战场环境研究的主要内容,对作战人员感知和利用水声战场环境具有重要的作用。针对水下三维声场仿真和可视化的特点,研究了在高性能计算平台下FOR3D模型的N×2D弱三维近似方法并行计算的策略和数据的组织方法,改进基于三维纹理映射体绘制算法,引入渲染到纹理的步骤进行实时的数据重采样、颜色映射和光照计算。仿真结果表明,该方法实现了水下三维声场的快速计算和实时体绘制,为水声战场环境感知和基于可视分析的辅助决策技术提供了重要的途径。     

航电枢纽施工三维动态可视化系统设计与实现

针对航电枢纽施工动态管理的特点,基于数字地形构建原理,运用CityEngine技术,构建航电枢纽研究区段的数字地形和三维水工建筑物,提出三维场景融合方法。基于ArcSDE+SQL Server空间数据库技术,以内部代码和用户标识码为公共数据项,将属性数据与空间数据进行连接,建立三维场景动态展示方法,完成航电枢纽施工过程三维动态可视化仿真,设计工程施工三维动态展示与施工过程信息同步更新机制,实现航电枢纽施工动态可视化管理。基于建立的系统功能框架,以依兰航电枢纽施工管理为例,开发施工动态三维可视化管理系统,为航电枢纽工程施工可视化、精细化管理提供技术支持。     

基于数字孪生的船闸信息管理方法

针对当前船闸在运维管理过程中存在实时性与直观性不足的问题,建立一种新的基于数字孪生的船闸信息管理方法。运用BIM技术与WebGL技术,提出船闸三维数字信息化场景构建方法。通过分析船闸多源化异构数据实体关系,构建船闸多源异构数据库。基于建立的三维模型场景与多源异构数据库,制定一种三维虚拟仿真场景与多源异构数据库相互调用机制,基于B/S架构,研发基于数字孪生体的船闸BIM数字档案管理平台,实现船闸全景漫游、空间网格管理、档案信息查看、实时仿真互动等功能,为船闸运维管理的数字化、网络化与智能化提供技术支持,提升船闸管理水平。