基于OpenGL的3维场景矢量打印输出研究与实现

3维场景的打印输出是3维GIS的基本功能之一。目前的3维GIS的可视化功能大多数是基于OpenGL实现的。OpenGL为了保持其与操作系统的无关性,没有直接提供场景的打印功能。因此,需要采用特殊的方法实现OpenGL的场景打印。通常,有三种方式实现该功能:位图打印、渲染打印和反馈打印。前两种输出的是当前屏幕渲染的栅格图像;后者输出的是投影在屏幕上的矢量图形。相对于位图打印和渲染打印,反馈打印(即矢量打印)的输出精度较高。目前的GIS平台实现矢量打印输出的较少。提出一种矢量打印输出的方法,并给出在VC++开发环境下的一些实现细节。

Φ5 m立式风洞尾旋试验3维场景复现软件

为直观展示风洞尾旋试验结果,提高数据的利用率,基于OpenSceneGraph 3维渲染引擎设计一款软件。以模型数模与位置、姿态角、舵偏角等数据为输入,将尾旋试验过程3维复现,并可自由调整观察视角、控制渲染速度、导出尾旋动画。结果表明:该软件已成功应用于气动中心Φ5 m立式风洞尾旋试验,有效提升试验效率和数据分析体验。

城市3维地理信息系统中场景的制图输出技术

针对当前城市3维地理信息系统中制图输出精度受帧缓冲大小限制的问题,提出一种内容分块输出、图像自动合并的高分辨率制图输出方法。针对平行投影和透视投影,分别阐述制图输出的技术原理和实现步骤。实践表明,这种制图输出技术不但可以有效地解决3维场景高精度打印输出的难题,还可以为场景效果图的网络发布提供基本的素材。

融合语义先验和渐进式深度优化的宽基线3维场景重建

目的基于视觉的3维场景重建技术已在机器人导航、航拍地图构建和增强现实等领域得到广泛应用。不过,当相机出现较大运动时则会使得传统基于窄基线约束的3维重建方法无法正常工作。方法针对宽基线环境,提出了一种融合高层语义先验的3维场景重建算法。该方法在马尔可夫随机场(MRF)模型的基础上,结合超像素的外观、共线性、共面性和深度等多种特征对不同视角图像中各个超像素的3维位置和朝向进行推理,从而实现宽基线条件下的初始3维重建。与此同时,还以递归的方式利用高层语义先验对相似深度超像素实现合并,进而对场景深度和3维模型进行渐进式优化。结果实验结果表明,本文方法在多种不同的宽基线环境,尤其是相机运动较为剧烈的情况下,依然能够取得比传统方法更为稳定而精确的深度估计和3维场景重建效果。结论本文展示了在宽基线条件下如何将多元图像特征与基于三角化的几何特征相结合以构建出精确的3维场景模型。本文方法采用MRF模型对不同视角图像中超像素的3维位置和朝向进行同时推理,并结合高层语义先验对3维重建的过程提供指导。与此同时,还使用了一种递归式框架以实现场景深度的渐进式优化。实验结果表明,本文方法在不同的宽基线环境下均能够获得比传统方法更接近真实描述的3维场景模型。

基于L_1与空间点分类的3维场景重建

针对多视图的3维重建问题,提出一种基于L1与空间点分类的3维场景重建技术。首先采用效率较高的L1方法剔除残留局外点,以避免重建过程中受到局外点的干扰;再将空间点分为两类,第1类为两视图可见空间点,第2类为多于两视图可见空间点;针对第1类空间点采用高精度的最优三角形法进行重建,而第2类空间点采用L∞范数方法进行重建,并不断调整二分搜索的上下界,以减少迭代次数。实验结果表明了本文方法的优越性。

3维场景植被冠层多波段模拟研究进展

植被冠层辐射散射信号中蕴含了丰富的植被信息,通过构建植被冠层辐射散射模型,可以实现植被结构等生物物理参数的遥感定量反演。迄今为止,可见光/近红外、热红外、微波波段均已发展了大量的模型,这些模型在参数反演方面各具优势,但不同波段的模型又有其自身的局限性。跨波段的联合模拟可以实现模型间的优势互补,进而提高地表参数的反演精度,近年来已有学者专注于可见光/近红外与热红外模型,热红外与微波模型,主被动微波模型,以及可见光/近红外与微波模型的联合模拟和协同反演,但多是两两联合,且主要是基于经验模型或解析模型。基于3维场景的植被冠层辐射散射特性模拟模型可以细致刻画不同组分的结构和空间分布特征,对于由植被结构引起的多次散射和组分比例变化的考虑具有优势。本文主要介绍了3维模拟模型在可见光/近红外、热红外和微波波段,以及跨波段联合模拟方面的研究进展,从模型机理、场景统一、以及组分理化参数的统一的角度,探讨了构建多波段3维模拟系统的可行性,展望了多波段3维模拟模型的发展趋势。

面向大场景3维可视化的矢量数据组织研究

针对矢量数据在大规模3维场景中的快速可视化需求,分析了矢量数据在大规模3维场景中的绘制方式和显示特点,提出了一种基于LOD的矢-栅混合数据模型。首先,介绍了LOD技术的基本原理和实现机制,然后,采用矢量数据简化与栅格化技术,设计集矢量和栅格模型为一体的混合数据模型,构建了多分辨率的矢量数据库,利用3维GIS的视点控制机制,建立显示尺度与矢量、栅格金字塔层的对应函数,最后以"神州遨游"为基础平台,在大规模3维场景中对道路、境界、水系等基础矢量数据进行了实验。实验表明,矢量数据在3维大规模场景中实时绘制时结合了两种数据模型的优点,具有更灵活的选择性,提高了数据的传输效率及显示效果,实现了多分辨率矢量数据的自适应快速表达。

基于GIS和3dsMax的3维地质场景建立与可视化研究

提出一种基于ArcGIS和3dsMax的3维地质场景建立与可视化方法。其主要原理是:首先利用ArcMap矢量化水平地质构造剖面边界;其次,利用3dsMax及其嵌的脚本语言分别生成水平地质剖面和钻孔数据的3维立体模型;然后,利用Max脚本绘制了3维地质剖面,建立了3维地质场景并实现其可视化。该方法具有简单、快速和直观的优点,可以推广应用于地学研究和工程应用等相关领域。

基于City-3D 3维城市场景的制作

随着“数字地球”、“数字城市”概念的不断深化,作为“数字城市”最基础、最关键的技术“3维城市场景的制作”已成为数字化测绘的新技术亮点;本文在讲述3维城市场景制作的一般原则、方法和关键技术的基础上,着重讲解了在C ity-3D软件下制作城市3维场景的基本步骤和具体实施方案。

2维地图与3维虚拟场景交互技术的应用与实现

通过分析传统2维地图与3维虚拟场景在电力选线设计中的技术作用及特点,阐明了二者交互结合在电力选线中的必要性,并分别从2维地图模块设计与3维虚拟场景模块设计出发,实现了2维地图与3维虚拟场景的交互,最终为电力选线设计提供了便利。

利用3DMAX制作城市地表场景的方法研究

在数字城市3维场景建设过程中,大多采用遥感影像图作为地表场景,对遥感影像的要求比较高,如果遥感影像质量不好,分辨率不高或噪声比较多等,就会使得整个场景显得比较乱,严重影响了3维场景的美观性。因此,提出了一套利用3DMAX制作城市地表场景的方法和流程,增强了数字城市3维场景的美观性。

利用虚拟建模语言创建3维城市的探讨

简要介绍了利用虚拟建模语言(VRML)和常用3维软件3DMAX 创建能够在互联网及非互联网上浏览3维城市场景的一般方法,以及 VRML 的特点,重点探讨了创建动态交互浏览控制的3维城市不同于静态场景的关键技术,以及创建3维模型以提高场景真实感和浏览速度的一些建模技巧。

基于领域知识的3维动态场景目标识别和配准

为了增强遥操作系统的临场感,使操作者更好地融入远程工作环境,提出了基于领域知识的3维动态场景目标识别和配准算法.首先,通过离线解析和切分虚拟样机CAD(计算机辅助设计)模型构建包含多视角点云特征和装配约束的领域知识库.其次,通过动态采集场景点云并计算CVFH(clustered viewpoint feature histogram)和FPFH(fast point feature histogram)特征,利用领域知识库中多视角点云特征和点云CVFH特征进行比对实现目标识别,并由FPFH特征经过两步配准实现目标姿态确定.最后,利用装配约束知识库实现以遥操作机器人工作状态变化为驱动的指导信息的精确配准和实时推送.实验结果表明,该系统不但可以有效地指导远程机器人完成维修操作,还可以提高遥操作的精度和效率.

三维场景点云理解与重建技术

3维场景理解与重建技术能够使计算机对真实场景进行高精度复现并引导机器以3维空间的思维理解整个真实世界,从而使机器拥有足够智能参与到真实世界的生产与建设,并能通过场景的模拟为人类的决策和生活提供服务。3维场景理解与重建技术主要包含场景点云特征提取、扫描点云配准与融合、场景理解与语义分割、扫描物体点云补全与细粒度重建等,在处理真实扫描场景时,受到扫描设备、角度、距离以及场景复杂程度的影响,对技术的精准度和稳定性提出了更高的要求,相关的技术也十分具有挑战性。其中,原始扫描点云特征提取与配准融合旨在将同场景下多个扫描区域进行特征匹配,从而融合得到完整的场景点云,是理解与重建技术的基石;场景点云的理解与语义分割的目的在于对场景模型进行整体感知并根据语义特征划分为功能性物体甚至是部件的点云,是整套技术的核心组成部分;后续的物体点云细粒度补全主要研究扫描物体的结构恢复和残缺部分补全,是场景物体点云细粒度重建的关键性技术。本文围绕上述系列技术,详细分析了基于3维点云的场景理解与重建技术相关的应用领域和研究方向,归结总结了国内外的前沿进展与研究成果,对未来的研究方向和技术发展进行了展望。

利用坐标反算的投影网格算法

投影网格算法从投影后的网格入手,通过反算获取投影前的位置,进而完成3维地形的绘制。分析了传统投影网格算法存在的缺陷,提出了改进的投影网格算法,并对改进后的算法进行了测试和分析。认为投影网格算法具有简单直观、易构建高分辨率地形的优点,最后指出了需要进一步研究的方向。

基于ArcObjects的房屋可视化建模

3维地理信息系统是当前GIS领域的研究热点,而3维场景的可视化建模是实现3维地理信息系统的基础。由于专业的建模软件不能完全用于GIS系统,专门的可视化开发工具需要从底层开发,开发难度较大。于是使用组件技术扩展GIS系统的功能是一种实用的方法。本文利用ESR I公司提供的组件库ArcObjects结合V isualBasic 6.0对ArcScene的可视化建模功能进行了扩展,实现了房屋建模。

城市模拟目标的3维热辐射方向性模型

以城市3维结构场景为研究目标,考虑其光影遮蔽关系,模拟传感器视场内目标的可见表面,实现视场尺度内城市模拟目标方向亮温的准确模拟。利用地面试验观测数据对3维热辐射方向性模型进行验证。结果表明,该模型对城市3维结构目标的方向亮温具有较好的模拟精度,均方根误差为0.7K,能够描述微观尺度下城市3维模拟目标的热辐射方向性。利用该热辐射方向性模型对城市区域物理模型的方向亮温进行模拟,发现城市区域物理模型热辐射存在显著的方向差异,并伴有热点效应产生。

滑坡高分辨率遥感多维解译方法及其应用

目的高分辨率遥感影像技术的发展使得对于地质灾害体的要素组成、形态结构的遥感解译成为可能。目前,遥感影像解译存在着过度依赖影像色彩、纹理、阴影等光学要素,片面追求影像解译标志,DEM数据利用程度低,对基于DEM、GIS的影像复合分析、空间分析、3D可视化等技术方法的应用较少等问题。方法以灾前灾后高精度DEM和高分辨率遥感影像为基础,探讨了地质灾害滑坡的1维、2维、3维3种遥感解译方法,分析了三者之间的互补关系,并应用3种遥感解译方法对贵州关岭"6.28"特大滑坡进行了遥感解译分析,最后对有关滑坡多维遥感解译方法体系的建立进行了讨论。结果研究结果表明:滑坡高分辨率遥感多维解译方法中,1维高程曲线计算、2维影像对比分析、3维场景精细解译分别属于滑坡遥感解译的初判方法、动态分析方法、定量计算方法;结论其中,1维高程曲线计算为滑坡遥感的2维、3维解译提供了有关滑坡崩塌区、滑坡区、堆积区的可能分区参考框架,而2维影像对比分析向3维场景精细解译的发展则体现了以人机交互方式为主要手段的滑坡高分辨率遥感影像解译由定性监测向定量计算的发展。