VR交互式三维虚拟起重装备建模与仿真

起重机作为广泛应用的特种装备,运行危险性大,极易发生安全事故。为降低由操作不当引起的安全事故,国家高度重视起重机的安全培训工作。目前培训操作多为传统的示教式培训,培训成本高、效果差。虚拟现实技术具有沉浸式、交互性、多感知等优点。基于此,采用虚拟现实技术建立起重装备培训和考核系统,大幅提升工人培训效果。为还原起重机真实使用场景,采用逆向工程技术对起重机及起重机厂房进行建模;针对三维虚拟场景真实性以及模型数量巨大交互模型复用性差的问题,采用细节层次(levels of detail,LOD)模型构建起重装备几何模型,从而优化系统的真实感和实时性;利用Unity平台实现了起重装备的三维场景漫游、碰撞检测和快速导航;基于MySQL数据库,实时存储培训数据以及起重机重要参数数据;依据现有桥机平台对虚拟平台进行了验证,结果显示该起重机虚拟现实培训系统可以在降低培训成本的同时大幅提升了培训感官,实验效果良好。

基于半边折叠的LoD三维模型简化算法

针对复杂三维模型简化时引起的模型重要几何信息难以保存问题,提出一种基于半边折叠的保持三维模型重要几何特征LoD模型简化算法。通过引入二次误差量度、曲率特征、视觉特征度、折叠点的度以及折叠边长度,计算半边折叠代价,排序折叠优先级优化模型简化效果,减少模型误差累积。实验结果表明,该算法有效解决了简化后模型重要几何特征不明显的问题,实现了三维模型的LoD层次构建。

三维城市模型中建筑物LOD模型研究

建筑物模型在三维城市模型(3DCM)中占有相当大的比重,建筑物模型多细节层次(LOD)的建立和表达直接关系到三维城市模型的整体显示效率和真实表现力,是三维城市模型的重要研究内容之一。本文从建筑物模型的纹理特征和几何结构出发,论述了建筑物LOD模型的建立原则,并从应用角度就建筑物各个细节层次模型的特点、应用范围与数据获取等方面进行了分析。

基于聚类和动态LOD的三维地形建模方法

为提高基于DEM高程数据的三维大地形绘制效率,提出基于K-means聚类和动态LOD的三维地形建模方法。对高程数据集使用K-means聚类分析方法,发现地形数据的自相似性,建立数据采样点与地貌特征分类的自动关联;依据采样点的地貌属性值完成粗化处理,构建不规则三角网模型;采用局部优化算法进行有限域内的三角形分裂以实现三角网的动态更新,结合克里金插值法实现插入点的精确计算,形成LOD层次细节多分辨率模型。实验结果表明,该方法对不同类型地形都获得了较高的数据简化率,提高了三维模型的绘制效率,具有较好的地形特征保持性。

地形信息的LoD建模及精度分析

对细节层次模型(LoD模型)不同层次之间的精度进行研究。提出用于分层的简化比率概念,建立表示LoD不同层次精度的分辨率误差模型,选取5种典型地貌区域进行实验,得到不同地貌区域的误差拟合公式。根据这些公式,可内插得到各种分辨率比率的误差。同时,利用逆公式,又能由误差确定相应的分辨率比率。最后,对不同地貌类型不同化简算法的模型化简误差进行分析研究。研究成果为评价LoD模型精度提供新的方法,也为简化DEM模型时选择适宜的分辨率提供科学依据。

基于LOD的地表特征物与地形融合建模与绘制

地形场景是创建三维虚拟环境的组成部分。地形场景建模核心问题是特征物模型与地形模型在数据层次的融合。针对基于规则网格绘制的地形与地表特征物的融合问题,提出一种通过扩展变化单元格分辨率,用精细的三角形描述特征物轮廓,结合视点相关的LOD简化技术建立地形和特征物的多分辨率模型的方法,并增加过渡区域解决因相邻单元格分辨率不一致导致的裂缝问题。实验表明,该方法的融合效果逼真,且对地形实时绘制影响较小。

基于3DS MAX的古建筑LOD建模与可视化

介绍了一种适合古建筑LOD不同级别的模型构建方法,根据建筑自身特点进行了拆分,采用DDS纹理格式来减少纹理数据量,以三维模型与3DGIS集成方法得以实现。

基于四叉树的LOD地形简化研究

根据视点的位置及地形的起伏特征,采用了一种基于四叉树的细节分层技术(LOD)来实现地形模型的简化,其中四叉树方法又包括常规四叉树和受限四叉树两种。这一技术的具体思想是使离视点近的地方采用详细的数据结构,离视点远的地方采用简单的数据结构,可以实现地形模型的简化,达到快速显示的目的。

嵌入式GIS中基于LOD的地图数据组织模型设计

为实现嵌入式GIS中实时地图显示,设计了一种适合嵌入式环境基于LOD的地图数据组织模型。主要是针对嵌入式设备硬件条件限制,在综合考虑屏幕显示尺寸和地图显示比例尺的基础上,对矢量和栅格地图数据进行了LOD分层、压缩、分块和建立索引等一系列处理。该模型已被应用于多个嵌入式GIS中。通过实际应用表明,其能很好地满足嵌入式环境下实时地图显示的要求,可以提高地图显示速度和改善显示效果。

3D模型LOD算法的研究及其OpenGL实现

3D模型LOD技术是计算机图形学的一个重要研究课题,简述了3D模型LOD技术的基本原理并分析和探讨了各类LOD算法。为了克服LOD算法在使用中的局限性,提出了一种3D模型LOD算法,并通过OpenGL编程进行了实现,运行的结果表明此3D模型LOD算法是可行和高效的。

3D_DP和Quad_TIN支持下的大规模地形自适应LOD算法

将地貌综合的三维Douglas-Peucker方法引入地形LOD中,通过构建Quad_TIN模型,结合离散点的全局重要性分级、地形块的四叉树模型构建、高效的可见性判断及增量更新等策略,提出一种大规模地形实时动态显示的新算法。实验结果表明,在保证地形的自适应快速、逼真显示的前提下,可大大扩展三维Douglas-Peucker和Quad_TIN的适用范围及运算效率,为海量三维场景的逼真快速重构提供了现实可能性。

基于二代小波的三维虚拟人脸的LOD简化模型研究

针对三维虚拟人脸数据量大的问题，结合曲面多分辨率细分模型，首次提出了具有C^2连续光滑的对称性双正交三次B样条小波的快速提升构造方案。算法通过引入s—lift和W—lift算子，根据B样条的两尺度及小波二阶消失矩关系构造了l和h滤波器。定义了一个与顶点角标无关的提升运算以得到一个平面张量积形式的B样条小波函数，从而将提升构造算法推广到二维，研究了三维人脸网格曲面的张量积小波变换LOD控制算法。对误差计算进行了定义和分析，并对三维人脸的LOD小波控制算法进行了优化。结果表明：二代小波LOD模型压缩率高，人脸曲面失真度小。

基于点重要度的地形LOD简化算法及精度

在分析、讨论目前关于3维地形模型简化与误差控制方法的基础上,提出了一种基于点重要度进行连续LOD模型简化的算法。并以5种典型地貌的实验数据作为运行实例,给出了点重要度与地貌类型之间的精度关系。这为今后连续LOD模型的合理建立提供了一种新思路和方法,也为模型的简化提供了科学依据。

基于感兴趣区域及LOD模型的图像压缩算法研究

感兴趣区域ROI（Region of Interesting）模型和层次细节LOD（Level of detail）模型是静止图像压缩及网络传输技术中两个重要模型。采用基于认知心理学的图像感兴趣区域提取模型，通过显著图法自动地得到与人眼视觉较吻合的ROI区域，并使ROI区域获得比背景区域更好的图像效果。同时通过将图像网格化，并在图像网格上进行B样条细分小波变换．实现了图像在不同分辨率下LOD压缩算法。

基于能量算子的三维空间实体LOD建模方法

为解决当前多层次细节(LOD)建模方法没有将简化和细分相统一,而造成细节层次模型特征表现不够丰富问题。将能量算子用于三维空间实体模型简化与细分,提出了基于能量算子的三维空间实体LOD建模方法。该方法主要包括3个步骤:模型能量算子计算、基于能量算子的模型简化和细分。实验表明,该方法能够生成细节层次较为丰富的模型,并具有良好的可视化效果和较高的精度。另外,该方法研究成果可以应用于三维场景建模和智慧城市等领域。

基于自适应四叉树的地形LOD算法

大数据动态地形三维可视化需要使用分层细节技术(LOD)简化模型,提高三维可视化效率,而四叉树可以优化复杂数据的数据结构。首先讨论了基于自适应四叉树实现LOD的一般方法,详细探讨了模型连接的三角扇绘制法;然后针对四叉树结构多分辨率表示的特点,提出了一种基于自适应四叉树节点属性修改,实现LOD模型的连续无缝连接的方法;最后使用提出的方法,实现了一幅1∶50000地形图范围的三维可视化,有效提高了动态显示效果。

基于改进的LOD模型算法三维场景建模

图形渲染速度目前已成为复杂场景漫游的主要瓶颈,为满足漫游系统的实时性需求,在详细分析传统LOD模型算法的基础上,提出了模型差值信息渐增的改进思想,解决了传统LOD模型算法中存在的重复渲染和多次建模的问题,减少了数据冗余,进一步提高了虚拟场景的漫游速度。

基于Creator创建大规模场景的LOD技术研究

细节层次(LOD)技术主要用来对多边形的简化,其目的是从最原始精确的模型中提炼出一系列能够反映重要特征的简化模型,来降低场景的复杂度,实现场景的实时绘制。文章从地形和地物两个角度给出了基于Creator下生成LOD模型的方法,提出了建筑物LOD模型建立的原则,结合实验,对比了Polymesh与Delaunay两种算法生成地形LOD的优缺点,并通过Irregular Mesh算法来提高Polymesh算法的精度和设置合适的容差值来控制Delaunay算法生成的多边形数目。

视点相关实时LoD地形模型动态构网算法

论述了一种视点相关实时LoD地形模型动态构网算法。基于GRID数据,以直角三角形为基本单元,利用二叉树构建地形的层次结构,兼具GRID与不规则三角网(TIN)的优点;并且解决了模型带来的"裂缝"问题。视景体可见区域多分辨率地形生成时,通过地形面片自身复杂程度、地形面片与视点距离以及地形面片与视线间的方向关系三方面确定该面片的绘制分辨率。实验结果表明,该算法在保持地形场景逼真的情况下,极大地提高了绘制速度,满足了实时交互的要求。