基于ITK和VTK的医学图像分割与重建

基于开源软件开发包ITK,使用连接门限法和快速步进法分别完成对肺实质和脊柱的医学图像的自动分割,分割效果良好.通过对分割结果的对比分析,得出两种分割方法的适用对象.使用连接门限法分割CT序列图像,并输入到VTK中,实现了胸椎的三维重建.实验结果准确还原了目标组织空间位置、几何特征等信息,各脊柱块间没有粘连,能够满足医生对局部组织的观测需求.     

一种基于OBB的三维医学碰撞检测算法

在三维医学可视化系统中,对绘制场景中的多个三维对象进行碰撞检测的研究具有很重要的意义.利用VTK的面绘制特性,在方向包围盒层次树的基础上,提出了一种新的快速碰撞检测算法.算法在继承了一般基于方向包围盒的碰撞检测算法优点的同时,对大部分不可能发生碰撞的三角面片进行了排除,并使用相交检测法进行碰撞的精确检测.实验结果证明,该算法提高了碰撞检测的效率.     

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。     

基于CT图像的集料三维棱角性计算方法

为了提高集料棱角性评价的准确性, 提出了集料三维棱角性计算方法; 基于CT技术和三维重建技术, 对集料的CT图像进行增强和锐化滤镜处理, 以突显沥青混合料中的集料; 对增强后的CT图像进行灰度阈值计算与灰度划分, 采用MIMICS重构了马歇尔试件中集料的三维模型; 提出了集料粗糙度与球形度的评价指标, 依据集料三维模型评价了集料棱角性, 并分析了三维模型重建的影响因素。计算结果表明: 在AC-16马歇尔试件中, 集料、沥青和孔隙的灰度分别为101.32~170.14、4.32~101.32和0~4.32, 因此, 采用图像增强和锐化滤镜处理可以突显CT图像中的集料, 增强集料三维重建的准确性; 采用2pixels×2pixels、3pixels×3pixels锐化滤镜计算球形度标准差为0.000 7, 而采用5pixels×5pixels、6pixels×6pixels、7pixels×7pixels锐化滤镜计算得到的球形度标准差为0.042 3, 因此, 应当采用2pixels×2pixels或3pixels×3pixels锐化滤镜处理CT图像, 以确保球形度计算结果波动小; 采用50、70个·mm^-3采样点密度计算粗糙度的标准差为0.001 6, 而采用5、15、25个·mm^-3采样点密度计算粗糙度的标准差为0.034 9, 因此, 应当采用50~70个·mm^-3采样点密度来保证集料三维模型精确地反映集料的真实状态; 采用5个CT截面图像计算的二维球形度和粗糙度的标准差为0.012 1~0.048 2, 存在较大变异性和偏差, 而采用基于三维集料模型的粗糙度计算方法得到集料1⁵的粗糙度分别为0.991 2、1.032 1、0.974 2、1.075 1、1.043 2, 集料1~5的平均二维粗糙度分别为0.994 1、1.023 9、0.988 3、1.097 5、1.060 8, 两者基本一致。可见, 基于三维集料模型的粗糙度和球形度计算方法充分考虑了集料的棱角性, 计算结果不受CT截面的影响, 计算结果不存在变异和偏差。     

基于摄影测量的路表三维模型建立

文章详细研究摄影测量的基本知识和理论方法,从理论上验证了此方法获取路面点位三维坐标的可行性。然后介绍相机双目视觉理论,由相机的成像模型引出相机的畸变参数,并给出了本文的相机标定方法,得到了本实验相机的内部参数。最后利用摄影测量的方法进行室内的路面模型试验,并把试验得到的点位相对距离与实际点位距离作比较,分析误差的产生原因并最终生成可视化的路表三维数字模型,结果表明本方法建模具有良好精度和准确性。     

激光线扫描测量数据点的处理方法研究

在分析激光数字化测量数据点的基础上,提出利用圆心距偏差判别法对测量数据进行平滑处理,修正个别测量异常点位置,再利用基于弦高的自适应数据采样法,对数据点列进行精简,消除冗余数据,使数据点的分布自适应于曲线曲率,达到优化数据点的分布及减少描述曲线数据量的目的.实验结果表明该方法能够对测量数据进行较好的精简优化.     

无牙颌下颌骨及颞下颌关节三维有限元模型的建立

目的构建功能状态下无牙颌下颌骨及颞下颌关节三维有限元模型,此模型将为无牙颌颞下颌关节(TMJ)生物力学研究奠定良好的基础。方法采用螺旋CT断层扫描法,获取无牙颌患者下颌骨及颞下颌关节形态数据,然后将获得的每层CT片的图像输入计算机中,经二值化和边界提取方法进行图像处理,对所得数据点用CAD软件进行曲线重构、曲面重构和实体重构,最终得到无牙颌患者下颌骨及颞下颌关节三维实体模型。结果通过前期的数据采集、三维重建和后期的有限元建模,成功构建了无牙颌下颌骨及TMJ三维有限元模型。结论该模型在边界设定、载荷方式以及载荷量方面,真实代表了口内情况,可用于无牙颌下颌骨及TMJ结构内的应力分布研究。     

道路交通事故现场平面直线参数的摄影测量重建方法

以空间直线的三维重建原理为基础, 通过现场空间直线段在摄影测量系统空间下的三维重建, 实现了道路交通事故现场图绘制平面的最小中值二乘拟合, 并完成了现场空间直线从摄影测量系统空间向道路交通事故现场图绘制平面的转换, 实现了道路交通事故现场平面直线参数的检测和重建。对摄影测量系统世界坐标系下现场图平面、中心线及左、右边缘线的三维重建进行了试验, 并得到了中心线及左、右边缘线在现场图平面上的投影直线方程和投影图。试验结果表明: 左、右边缘线和中心线在现场图平面上的投影与x轴的夹角之差均小于0.1°, 道路的边缘线与中心线基本平行, 测量精度较好。     

基于纹理的三维地震数据场体绘制

传统的地震资料可视化方法中,采用一组二维切片来表示三维地震数据.这种方法的缺点是不能反映整个原始数据场的全貌及细节,直观性差.体绘制方法克服了这一缺点,它能根据三维数据场在屏幕上产生细节丰富的三维图像,成像质量高.基于纹理映射的体绘制方法借助于图形硬件,采用由硬件实现的纹理映射功能来进行三维地震数据的体绘制,从而明显提高了计算速度.     

基于高频率测量数据的钢轨精确打磨方法

移动式钢轨廓形检测系统能够对线路钢轨进行全区段的连续、高频率测量,获得里程位置准确的高精度钢轨廓形三维图像,但如何利用这些钢轨廓形数据进行精确打磨尚没有成熟的方法。为此,提出了一种基于高频率测量数据的钢轨精确打磨方法,通过实测廓形与目标廓形对比得到所需打磨量随里程的变化曲线,然后进行轨头精细化分区、打磨里程分段,最终得到整个测量区间的精确打磨方案,通过在京沪高铁虹桥线路进行现场试验,证明该方法能够实现钢轨精确打磨。最后还提出一种钢轨廓形相似指数PSI(profile similarity index),对钢轨打磨前后的廓形进行了评判。结果表明,PSI能够量化反映实测廓形与目标廓形的相似程度,直接准确地评估打磨作业效果。     

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已有的交通流参数模型无论是基本图还是三相交通流理论都是基于高速公路交通流数据进行研究,由于高速公路和城市快速路具有不可忽视的差异,以高速公路交通流数据为基础建立的交通流参数模型难以符合城市快速路交通流运行的实际情况.本文根据实测的城市快速路交通流数据,采用线性回归分析建立城市快速路速度—占有率模型、交通流率—占有率模型和速度—交通流率模型,应用最小二乘法估计模型参数,并以F和T检验对回归模型及回归系数的显著性进行检验.最后,在建立交通流参数模型、明确交通流参数之间关系的基础上,对城市快速路交通流状态进行了划分.本文建立的交通流参数模型,对交通流短时预测和交通流状态判别具有应用价值.     

基于VRML的三维地形可视化研究

分析了基于VRML的三维地形可视化实现技术，依照VRML语法扩展了适合三维地形网络表达的VRML原型节点，解决了如何使三维大规模地形数据直接进入VRML世界、高精度数学运算和实时交互漫游的难点问题．     

图形与数据联动的横断面交互设计方法

针对公路路基横断面设计数据量大,断面形式多而复杂的特点,研究了路基横断面自动设计方法。在此基础上,基于对象-属性思想,应用ObjectARX自定义实体技术定制路基横断面实体,并结合反应器与通知技术,开发了基于图形与数据联动的交互设计功能。最后通过实例验证了该交互设计功能的高度自动化和动态可视性。     

基于测量不确定度的工程测量结果的有效处理

从正确处理工程测量结果的角度出发。通过工程测量实例,对采用测量不确定度来处理工程测量结果的方法进行了分析。讨论了采用测量不确定度处理工程测量结果的意义。     

基于本体论的城市构筑物三维描述

为了解决城市构筑物空间描述现有方法存在的空间目标划分和表达困难的问题,应用本体论的基本理论———部分-整体关系,分析了城市构筑物的描述层次和几何定义;从部分和整体两方面对空间实体的联系进行了分析,提出了一种基于本体论的城市构筑物三维描述框架,并用V isual C 语言和OpenGL Perform er图形软件包实现了原型系统.     

基于L-系统的交互式虚拟植物结构建模

为了在植物模拟过程中能够实时地控制其形态．文中采用特定的L-系统描述植物结构．结合灵活的数据结构，使植物特征得以及时调整．较好地弥补了L-系统实时性的不足，达到了人机交互的效果．     

基于三维高斯混合码本模型的运动目标检测算法

为解决智能视觉监控中码本模型参数调节困难和高斯混合模型概率分布计算的复杂性,提出了一种基于三维高斯混合码本模型的运动目标检测算法.该算法基于RGB空间建立码本模型,然后基于码字中的R、G、B分量建立三维高斯模型,从而使整个码本具有三维高斯混合模型的特征.实验结果表明:该算法具有较高的实时性(该算法的平均帧率约23.0帧/s,而iGMM(improved Gaussian mixture model)算法约9.0帧/s,BM(Bayesmodel)算法约6.2帧/s,CBM(codebook model)算法约10.7帧/s),且具有良好的检测质量.     

基于VR的“大运”高速公路三维可视化信息系统

“大运”高速公路三维可视化信息系统是针对目前公路建设前后阶段的要求和目标,所提出并实现的一种基于VR的公路信息系统管理平台。结合真实地形与公路设计资料,建立高速公路及其设施的三维虚拟环境以及GIS导航视窗,从而使交通规划、建设、管理和服务变得直观、轻松和高效。