八叉树PagedLOD大规模三维模型可视化研究

针对虚拟仿真中渲染显示大规模三维模型的计算机资源消耗大、刷新率低的难题,提出基于八叉树的PagedLOD大规模三维模型可视化方法,实现了以零件为单元进行大规模模型数据的动态调度.通过以动车组检修大型模型实例作为验证,结果表明了相比于传统的直接渲染方式,此方法在大规模模型场景中能够在保留原装配树结构的前提下,实现模型数据的动态调度,有效地控制内存的占用,提高场景刷新率.     

视觉感知驱动的三维城市场景数据组织与调度方法

针对大规模复杂三维城市场景三维可视化的数据调度效率不高、视觉一致性差等关键问题,提出了一种视觉感知驱动的复杂三维城市场景数据自适应组织管理与动态调度方法.该方法根据三维场景数据的空间分布特征,利用自适应四叉树对复杂三维城市场景进行不同层次粒度的划分,并自底向上遍历四叉树,为中间节点生成LOD(level of detail)和计算各个层级的几何误差,构建灵活的多粒度三维瓦片模型,最后根据屏幕误差评估建筑物模型的三维几何特征(形状、尺寸、高度)等视觉感知参数,约束不同细节层次模型的自适应调度.选择了柏林4个细节层次的三维城市模型数据,进行交互式三维漫游测试.实验结果表明,基于视点相关HLOD(hierarchical LOD)动态调度,动态可视化的渲染帧率始终保持在40 f/s左右,达到了网络环境下复杂三维城市场景数据动态调度的高效性和三维可视化视觉一致性的要求.     

基于动态流场数据的虚拟港口建模方法

为了实现港口数字化升级，提出了一种基于动态流场数据的虚拟港口建模方法；采用三维重建模型从无人机倾斜摄影影像数据中重建了港口几何特征，获取高精度三维模型；引入了基于二次误差度量的边折叠算法简化模型，以避免数据量过大致使渲染效率低的问题；分析了欧拉法数值计算过程中的高耗时环节，建立了神经网络模型学习流场演化特征，加速投影项计算得到实时变化的流场数据，通过流场数据驱动水流动态渲染，结合光滑粒子流体动力学方法表现水流与船舶、陆地的交互动态，在保证渲染实时性的同时，提高渲染真实感。研究结果表明:重建的港口三维重建模型顶点数量可达3 320 937个，重建的网格模型在Meshlab中渲染频率为78.7 Hz；经过模型简化降低90.0%的模型顶点数量后，模型顶点数量缩减为332 836个，渲染频率提升至108.7 Hz，模型简化后几何误差小于2.0%；在256×256的流场网格下，采用神经网络加速的网格流体计算方法所得水流速度场平均更新间隔约为17 ms，平均仿真精度为88.6%；通过开源图像引擎驱动流场数据和港口三维模型，平均渲染频率可达50.5 Hz。可见，该方法可有效解决高精度实时渲染中的关键问题，以达到仿真精度与渲染效率间的动态平衡，在精度损失较小的情况下实现较高精度的虚拟港口建模与实时动态仿真。      

面向多样化终端的自适应网络三维可视化方法

随着移动互联网的快速发展,三维GIS （geographic information system）应用的用户终端设备类型日趋多样化,现有单一的网络可视化方法难以适应多样化终端需求.针对上述问题,本文首先设计了基于B/S （browser/server）模式的自适应三维可视化架构,然后重点探讨三维数据的多样化组织、自适应四叉树组织与动态索引构建、三维场景自适应调度等关键技术,最后基于WebGL技术构建原型系统并进行案例实验.实验结果表明:桌面端设备笔记本电脑的可视化渲染帧率最终稳定在40 帧/s左右;移动端设备平板电脑、智能手机的可视化渲染帧率最终稳定在20 帧/s左右;不同类型终端上进行网络可视化均能保证较高的可视化帧率及效果,证明了本文提出方法的有效性与可行性.      

模型轻量化在取消高速公路省界收费站中的应用研究

构建全省三维高速公路路网,同时集成门架、控制柜等设备精细BIM模型,能够很好地支撑高速公路设施安装、调试、运维及管理等工作的开展.然而大量数据的传输、渲染产生加载、交互过程的卡顿、崩溃现象,使用户体验非常不好,严重限制了该技术使用推广.针对这一问题,通过调研当前国内外三维模型轻量化技术,深入研究了模型复用、文件压缩、多细节层次、异形参数化4种轻量化技术,并对其轻量化效果及适用场景进行了比较,结合取消高速公路省界收费站项目中模型轻量化处理经验及应用效果,总结出一套适用交通行业机电三维模型轻量化的处理方案,实现了高近似模型快速渲染,为满足取消高速公路省界收费站项目建设及运营需要提供技术支撑.     

基于ArcGIS的公路全景动态仿真

提出了一种以ArcGIS为基础平台的公路全景动态仿真的新方法.该方法采用ArcGIS由矢量等高线地形图构建可视化数字高程模型(DEM);采用ArcObjects提供的接口编辑DEM,实现由道路设计数据生成道路主体;利用3DMax和AutoCAD对构造物、公路附属设施等三维实体进行建模;在ArcScene中完成公路场景制作,最终实现行车模拟和漫游.由此,可直观地判断公路设计的合理性与安全性,展现所设计公路的效果.该方法不仅制作周期短,而且对三维编程能力要求也不高.     

考虑移步需求的无桩型共享单车动态调度研究

共享单车系统自发的不均衡性导致单车数量分布与用户需求分布之间产生偏移，降低了系统服务能力，需要调度实现再平衡. 现有动态调度算法缺乏考虑起点车辆供给不足，用户在出行过程中“再次”取车的移步需求，难以准确识别用户真实的出行需求分布，降低了调度效果. 本文提出以用户出行选择行为为下层，以调度车辆路径规划为上层的双层规划模型框架，设计结合仿真系统的启发式求解算法. 算例场景基于上海市虹口、杨浦区共享单车历史出行数据搭建，并进行网格化处理. 算例结果表明，模型能有效识别移步需求，提高共享单车的供需匹配能力. 针对各类调度资源配置情况，共享单车的供需匹配率提升18.07%~ 19.89%，提高了共享单车系统的管理效率.     

面向GIS应用的铁路工程三维信息模型数据交换方法

为实现铁路三维信息模型在不同平台之间的互操作和信息共享,本文提出一种基于多元信息分离和独立存储、支持简化层次细节和场景构建的模型数据交换方法RIMTrans.首先,从RIM各单元要素中提取描述几何特征的参数,并通过快速网格化等算法将其转换为GIS需要的Mesh数据;其次,建立IFC与RIM语义之间的映射关系,保证了数据交换过程中语义信息的完整性;然后,引用IFC规定的属性定义和描述方式作为标准交换格式,实现属性信息的传递;最后,以语义为主导,从几何、属性、语义三个方面对RIM进行了多层次细节简化.通过选择某铁路工程设计工点案例区域,本文采用RIMTran,方法开展了设计阶段信息模型的格式转换实验.结果表明,本文提出的数据交换方法灵活可控,三维模型中附带的铁路工程语义信息完整性可达85%,与传统作业方式相比,RIM信息模型的转换时间耗用降低70%,集成到三维GIS场景中的准确度达100% .     

虚拟浏览中地形简化算法的研究

对虚拟环境中自然场景的生成来说,三维地形的生成是其中的一个重要成分,也是虚拟现实领域中视景系统的一个重要组成部分,文中介绍了虚拟浏览中地形形简化的必要性,并总结了前人研究中已有的算法,进而引出了动态多细节水平地形渲染的实时算法,并给出其实现过程及实验结果,最后,文中也给出了减少网格边缘碎片的方法。     

基于3DS MAX和OpenGL的飞行仿真的实现

讨论了三维建模软件与OpenGL相结合的飞行仿真的实现方法。利用建模软件建立飞机模型,并将其转换为OpenGL的C代码,在VC＋＋开发环境中实现了飞机模型的控制与显示、三维场景的模拟、以及场景与模型的结合。     

面向GIS应用的铁路工程三维信息模型数据交换方法

为实现铁路三维信息模型在不同平台之间的互操作和信息共享,提出了一种基于多元信息分离和独立存储、支持简化层次细节和场景构建的模型数据交换方法RIMTrans.首先,从RIM各单元要素中提取描述几何特征的参数,通过快速网格化等算法将其转换为GIS需要的Mesh数据;其次,建立IFC与RIM语义之间的映射关系,保证了数据交换过程中语义信息的完整性;第三,引用IFC规定的属性定义和描述方式作为标准交换格式,实现属性信息的传递;最后,以语义为主导,从几何、属性、语义3个方面对RIM进行了多层次细节简化.通过选择某铁路工程设计工点案例区域,采用RIMTrans方法开展了设计阶段信息模型的格式转换实验,结果表明,本文提出的数据交换方法灵活可控,三维模型中附带的铁路工程语义信息完整性可达85%,与传统作业方式相比,RIM信息模型的转换时间耗用降低70%,集成到三维GIS场景中的准确度达100%.      

大规模道路交通数据网络轻量化可视化方法

为提高网络环境下大规模道路交通数据动态可视化效率,提出一种在网络环境下使用流光线表达交通态势的轻量化可视化方法. 首先,提出顾及道路属性的路网分层组织方法,并绘制在不同视角高度下的道路;然后,提出基于WebGL (Web graghics library)技术线段索引特点的多道路合并方法,并结合视域剔除以及多线程技术对场景进行优化,设计实现了支持道路拥堵状态实时变换的渐变、动态流光线等动画效果;最后,研发了原型系统,并以全国道路网数据为例进行案例实验与分析. 实验结果表明:在网络环境下进行大规模道路交通数据动态可视化,本文方法可视化帧率稳定在40帧/秒以上,相较于百度ECharts GL可视化方法提高了20～30帧/秒.      

线路三维仿真系统中对称物的简易绘制方法

在铁路线路三维场景中，存在着大量的对称物，如树木、亭子、栏杆等，大部分对称物都属于复杂地物．以树为例详细阐述了铁路线路三维景观动态仿真系统中绘制对称物的一种更简易方法——十字交叉贴图法．实践证明，该方法在三维场景的描述中具有一定的通用性，其实现的思想可以被绘制其他相关地物所借鉴。     

基于多层事件融合的场景事件实时分析

为解决智能监控场景中场景事件实时分析问题,提出了一种基于多层事件融合的场景事件分析模型以及对应的RBPF实时推理方法.利用事件具有层次结构特性以及各层事件之间的关系,将场景事件分解为不同层次的子事件,利用多层子事件融合进行场景事件分析,并用多层动态贝叶斯网络模型对其建模.构建模型对应的RBPF推理方法,以实现对复杂场景事件进行实时分析.仿真实验证明了该方法能够对动态场景中的场景事件进行实时推理,比PF方法具有更高的精度及较少的时间代价.     

OpenFlight模型编辑器的设计与实现

OpenFlight是虚拟现实软件中常用的三维场景数据格式.在详细分析OpenFlight模型文件数据组织结构的基础上,设计并实现了基于OpenGL和Multigen API的OpenFlight模型编辑器.     

道路三维场景的实时动态显示技术

实时动态显示技术是实现道路三维可视化设计的关键，应用Delaunay三角化算法构建数字地面模型，基于分割—归并思想完成道路三维实体造型，在此基础上，提出并实现了有效的道路三维模型的视相关简化算法，并结合真实感图形绘制技术开发了道路三维场景的实时动态浏览平台，将该平台与路线CAD系统集成，实现了道路设计过程和设计成果的可视化。     

基于OpenGL的三维地形可视化研究

对OpenGL基本概念、数字地面模型和构网技术进行了对比研究,分析了目前实现三维地形可视化建模的方法以及基于OpenGL实现三维地形可视化的基本步骤,对投影变换和纹理映射和绘制虚拟场景三个部分进行了研究和讨论。通过实验数据模拟,实现了通过键盘控制人机交互的地形实时动态显示,实现了三维地形可视化。     

浅议OpenGL的三维地形可视化技术发展

对OpenGL基本概念、数字地面模型和构网技术进行了对比研究,分析了目前实现三维地形可视化建模的方法以及基于OpenGL实现三维地形可视化的基本步骤,对投影变换和纹理映射和绘制虚拟场景三个部分进行了研究和讨论,通过实验数据模拟,实现了通过键盘控制人机交互的地形实时动态显示,实现了三维地形可视化。     

面向自组织平衡的共享电动汽车调度优化方法

针对共享电动汽车运营中出现的站点车辆供需不平衡及人工调度成本过高等问题，提出面向自组织平衡的共享电动汽车调度优化方法.利用共享电动汽车站点选择行为数据，构建用户取车站点选择MNL(Multinominal Logit)模型，分析用户的站点选择行为；构建面向各站点车辆供需自组织平衡的站点间车辆调度优化方法，即通过车辆动态折扣策略引导用户改变默认的最近取还车站点，在运营结束后以运营企业的调度总成本最小为目标，建立人工调度优化模型并应用禁忌搜索算法求解；最后，选取北京市海淀区部分共享电动汽车站点进行算例分析.结果表明：本文提出的优化方法与无动态折扣策略相比，调度总成本降低了 4.5%，人工调度成本降低了21.1%，人工调度任务数减少了8.3%.     

面向自组织平衡的共享电动汽车调度优化方法

针对共享电动汽车运营中出现的站点车辆供需不平衡及人工调度成本过高等问题，提出面向自组织平衡的共享电动汽车调度优化方法.利用共享电动汽车站点选择行为数据，构建用户取车站点选择MNL(Multinominal Logit)模型，分析用户的站点选择行为；构建面向各站点车辆供需自组织平衡的站点间车辆调度优化方法，即通过车辆动态折扣策略引导用户改变默认的最近取还车站点，在运营结束后以运营企业的调度总成本最小为目标，建立人工调度优化模型并应用禁忌搜索算法求解；最后，选取北京市海淀区部分共享电动汽车站点进行算例分析.结果表明：本文提出的优化方法与无动态折扣策略相比，调度总成本降低了 4.5%，人工调度成本降低了21.1%，人工调度任务数减少了8.3%.