基于物理的蒙特卡罗体渲染综述

在计算机图形学中,渲染一直是核心方向,对于真实感渲染,其最终目标就是正确地计算场景中的全局光照。针对渲染对象的不同,所采取的渲染方法也有所不同,大体上可以分为表面渲染和体渲染。通过对物理的蒙特卡罗体渲染方法的整理,描述了在经典参与介质中如何采用蒙特卡罗方法进行渲染,介绍了近年来兴起的针对非经典参与介质的研究,对近年来渲染的高级方法做了总结,阐述了目前渲染方法所存在的问题以及未来可能的研究方向。

基于煤低温氧化试验下的标志气体优选及应用

为了解决口孜东矿121301工作面采空区遗煤自燃严重的问题,在对该矿121301工作面煤样进行低温氧化试验分析后,提出了煤温在30~100℃时,以CO作为标志气体,在100~140℃时,以C2H4作为标志气体,在140℃以上,以C3H8作为标志气体,并且以火灾系数R2作为辅助性指标参数,拟合出了标志气体浓度与温度之间的函数关系式;在对121301工作面的实际应用中,采用质量守恒定律间接算得早期标志气体CO的浓度,采用埋管检测C2H4、C3H8,提出了用函数关系式推算遗煤所处环境温度的方法,把试验结果运用到现场实践中,取得效果良好。

基于STM32的宿舍智能防盗报警系统设计

针对目前国内多数高校防盗设施短缺,且禁止学生自行安装门锁、设置阻门器等问题,本文设计了一套宿舍智能防盗报警系统。该系统基于STM32单片机,主要运用了毫米波雷达技术、指纹识别技术和MySQL数据库存储技术,并且结构简单、安装方便。经过实际测试,该系统能够实现实时监测门的状态、识别指纹解锁状态、雷达识别闯入人员并报警等功能,且能够达到预期的防盗效果。系统经推广后,可为学生的财产安全提供有效的保护,对维护校内治安乃至社会层面的治安都具有较为深远的影响。

基于区域生长的稠密三维点云重建方法

目前存在的稀疏方法重建出的三维点云不够充足,导致无法重建出有效三维模型,为此提出一种基于区域生长的方法实现稠密三维点云的重建。以图像特征点匹配作为初始种子,以零均值归一化互相关系数和双视几何约束作为生长过程中图像对应点的匹配标准,在整幅图像上进行匹配生长,采取视差梯度约束和置信度约束进行匹配优化,获得稠密的图像对应点匹配;采用一种基于平面的相机标定方法计算相机的内部参数;利用稠密匹配和相机的内部参数计算图像间的相机运动参数,以投票策略确定相机运动参数;建立双视几何模型重建点云。实验结果表明,该方法能重建出准确的稠密三维点云。

基于Hessian矩阵的冠脉造影图像分割与骨架提取

针对冠脉造影图像模糊、对比度低等导致的冠脉血管提取不完整、骨架不连续等问题,提出一种基于Hessian矩阵的多尺度冠脉分割与骨架提取算法,并估计血管半径值,为冠脉结构的三维重建奠定基础。该方法利用Hessian矩阵特征值对应线性目标的关系,构造一个新颖的血管相似性响应函数,对冠脉增强并阈值化得到分割结果,同时由Hessian矩阵确定冠脉血管的法线方向,通过求解法线方向上的极值点得到冠脉骨架的初始像素点集,以此来提取冠脉血管的欧氏骨架。实验结果表明,该算法简洁高效,相比现有算法能提取到更多的细小分支,得到的冠脉骨架完整,半径估计准确。

基于图像处理器的EWA Splatting体绘制加速算法

提出了利用目前的图像处理器(GPU)的点块纹理、帧缓存对象(FBO)和可编程功能来加速实现EWA Splatting的体绘制算法.该算法直接以采样点作为代理几何,利用光线投射在GPU中求取每个像素点的所对应三维纹理坐标,同时用一个近似低通滤波器代替高斯滤波器.试验结果表明,所提出的算法可以应用于高质量的交互科学计算可视化.

基于信息论的KL-Reg点云配准算法

针对含有高噪声、体外点及不完整点云数据的配准失效问题,该文提出以信息论为理论基础,相对熵度量点云相似度的KL-Reg算法。该算法不需要显式地建立对应关系,首先将点云数据建模为高斯混合模型,然后用相对熵度量高斯混合模型间的分布距离,最后通过最小化分布距离计算模型变换。实验结果表明所提的KL-Reg算法配准精度高、稳定性强。

自由曲面数控加工刀具路径规划研究

对NURBS表达的自由曲面进行了三维模型重构,给出了自由曲面加工刀位点的计算方法,得到了自由曲面NURBS刀具路径规划策略,并将NURBS刀具路径和直线插补刀具路径进行了仿真加工对比,试验结果表明NURBS曲线刀具路径可以大大提高曲面加工的精度,改善曲面的光顺性,能够满足自由曲面数控加工的需要。

细节增强的多功能混合体绘制光照模型

多功能混合体绘制光照模型是传统体绘制的扩展,它不仅可以绘制离散点的光照效果,而且也可以很好地绘制同质区域点的集合效果。但是,这种混合以后的光照模型不仅会在光照效果上有所减弱,而且需要调整的参数数量过大,必须通过手动调节多个参数才可以进行光照的增强。针对混合体绘制光照模型中光照减弱和调整参数过多问题,提出一种细节增强的多功能混合体绘制光照模型,在混合体绘制光照模型中引入曲率的概念,根据曲率与光照强度的对应关系对混合体绘制光照模型中的Phong光照模型进行改进,以提高绘制效果。通过几组体数据的实验结果表明,该方法不仅可以很好地提高多功能混合体绘制光照模型的细节表达,更好地辨别物体的形状特征,而且减少了手动调节参数的操作。

基于贝叶斯模型的骨架裁剪方法

针对大部分骨架计算方法对轮廓噪声的极端敏感性问题,该文提出一种基于贝叶斯模型的骨架裁剪方法。该方法利用贝叶斯理论对骨架及其生长过程进行建模,进而通过对模型的迭代优化实现骨架候选分支的筛选裁剪。由于已有的重建误差率在分析骨架时不能很好地体现骨架简洁程度,故该文在骨架重建误差率的基础上综合考虑骨架简洁度,提出骨架有效率的概念来对骨架做客观定量分析。实验结果表明该文算法对轮廓噪声具有较好的鲁棒性,且裁剪出的骨架相比现有算法得到的骨架结构更加简单,对形状描述更加准确。

基于无网格局部彼得罗夫伽辽金方法的点采样曲面滤波

针对点云数据的几何处理需要建立三角网格以及不能保护尖锐特征的问题,提出了基于局部彼得罗夫伽辽金(Petrov-Galerkin)法的完全无网格点采样曲面滤波方法.该方法不需要重建局部或全局三角形网格,也不需要全局参数化,而是通过在采样点处建立局部切空间,根据各项异性扩散方程在局部切空间中为每一采样点建立局部对称弱形式,然后根据局部对称弱形式组装质量矩阵和刚度矩阵,最后通过迭代方法解稀疏线性系统实现滤波.实验结果表明,基于无网格局部彼得罗夫伽辽金法的滤波方法在滤波的同时可以保护尖锐几何特征,取得的效果可以与传统的有限元方法相媲美.

平行坐标中的边捆绑算法

针对大规模数据平行坐标可视化方案中的视觉混淆严重阻碍了信息的正确传递,而现有平行坐标边捆绑算法在连接端的混叠区域不能准确地表达数据量的大小的问题,提出一种边捆绑算法.首先将每个轴上的聚类根据连接关系进一步划分为几个组,然后对组进行重新规划和排序并建立组的连接,最后将所有组用不同的颜色属性进行独立渲染.为了增强视觉有效性表达,文中设计了交互界面以高亮显示不同的组.实验结果表明,该算法对大规模高维数据可视化具有有效性,并保持了连接关系的视觉连续性.

基于离散流形调和基的保特征谱几何处理方法

提出一种离散点云的Laplace算子的估计方法,利用离散化积分以及空间Voronoi图来构造拉普拉斯算子。为使Voronoi图近似更加精确,考虑在切空间投影生成Voronoi图时引入法向约束,相对于直接在切空间中构造Voronoi图,在切空间中生成的各向异性Voronoi图在近似精度上更加逼近于曲面流形上的Voronoi图。几何滤波、骨架提取等实验结果表明,该离散Laplace-Beltrami算子在局部特征的保持上效果更加明显,收敛速度更加迅速。

金相切割机PC-PLC串行通信的实现

本文以大型金相试样切割机的PC-PLC控制系统为应用背景,在PC与PLC串行通信协议的基础上,具体解释了OM-RON CPM2AH系列PLC与计算机间通信的命令帧和响应帧格式,利用VB6.0中的MSComm控件实现了PC与PLC的串行通信,并给出了相应的数据通讯程序。

覆盖件模具型面数控加工CAPP研究及应用

对覆盖件模具型面的数控加工工艺进行详细分析。结合工艺优化和工艺经验,以大型加工软件Power MILL 2012为平台,开发了覆盖件模具型面数控加工CAPP工艺模板,规范了模具型面加工工艺参数及路线,提高了数控编程效率和质量,实现了汽车覆盖件模具设计制造的一体化。实际应用证明,该CAPP工艺模板具有实用性和高效性。

基于体素可见度的高效直观传递函数设计算法

针对体绘制中传递函数设计问题,提出基于直观体素可见度设计传递函数的高效方法。用高斯混合模型(GMM)对体数据自动建模,提取体数据的聚类信息;根据高斯混合模型设计体素可见度模型。将传递函数设计转化为真实体素可见度与目标体素可见度距离最小化问题,使用最速下降法求解,得到最优传递函数。同时设计一套方便、灵活的交互工具,用来调节体素可见度模型。实验结果表明了该算法的高效性和直观性。

基于拉普拉斯特征映射的传递函数设计方法

为降低体绘制中传递函数参数选择的盲目性和设计的复杂性,提出一种基于拉普拉斯特征映射的传递函数设计方法。提取体数据中各种特征信息构建高维传递函数参数空间,通过拉普拉斯特征映射将其映射到保持了体数据局部流形结构和高维参数空间分类能力的二维参数空间,在此嵌入空间上设计一种基于k-means聚类的传递函数,得到了较好的体数据分类和绘制结果。通过在一组体数据上的实验验证了该方法的有效性。

基于热扩散的体绘制传递函数设计方法

为在体绘制中更直观地探索体数据的内部结构,提出一种基于热扩散的传递函数设计方案。根据体数据中的体素密度值赋予热扩散的初始热值,把每个体素都作为一个体源进行热扩散处理,扩散结束后,每个体素都会得到一个热值,根据体素上的热值和密度值设计传递函数,为体数据中不同结构对象设置颜色和不透明度光学属性。基于几组体数据的实验结果表明,该方法比传统的一维传递函数更直观有效。

基于UG的模具自由曲面数控加工工艺规划研究

对模具自由曲面数控加工工艺的规划方法进行研究,建立了适于模具自由曲面数控加工的工艺规划。针对某模具的自由曲面,根据工艺规划得到的自由曲面加工工艺参数,在UG NX 8.0中设定各项参数,生成刀具加工路径,进行仿真加工,获得其数控加工代码。实例加工证明,该规划方法使模具加工工艺信息得到了最大程度地有效利用,降低了模具设计的工作量,提高了生产效率,降低了设计成本。

金相试样切割机PC-PLC串行通信的实现

以大型金相试样切割机的PC-PLC控制系统为研究对象,在PC与PLC串行通信协议的基础上,具体阐述了OMRONCPM2AH系列PLC与计算机间通信的命令帧和响应帧的应用,利用VB6.0中的MSComm控件,实现了PC与PLC的串行通信,并给出了相应的数据通讯程序。