基于改进Marching Cubes算法的雷达气象数据三维重建

在气象领域中,多普勒天气雷达探测到的气象数据采用以雷达站点为原点的三维极坐标系进行存储,具有形状不规则、数据量大等特征。Marching Cubes(MC)算法是三维重建中的经典算法,但应用于气象领域时存在重建效率低下和不能直接处理气象数据的缺点。为了实现气象数据的三维重建,基于MC算法提出雷达数据归一化处理与状态标记判别算法NBV-MC。该算法根据雷达基数据文件的特点对其进行归一化预处理,使用雷达基数据构建拟梯形六面体体素,对每一个六面体体素进行状态标记,在遍历六面体体素时动态判别其是否需要处理。实验结果表明,NBV-MC算法不仅解决了由于气象数据具有不规则性而不能直接用于MC算法的问题,而且可以在保证数据真实性和重建效果的情况下有效减少绘制等值面所需要的三角面片数量,提高重建速度。与MC算法相比,NBV-MC算法的重建效率提升了77.70%以上,有利于实时场景交互,便于气象研究人员直接分析雷达数据。

一种面向三维点集的快速表面重构算法

在对目前比较流行的空间三角化算法进行对比研究的基础上 ,对 Hugues Hoppe提出的算法进行了改进 ,即借鉴 Marching Cubes算法的基本思想 ,首先通过自动选取适当的参数 ,用包围盒方法将三维散乱点划分为数据区域 ;然后求取点的切平面及法向 ,同时采用广度优先算法遍历数据点来调整法向和快速地求取 Marching Cubes的等势函数 ;最后用基于查表法的 Marching Cubes来输出三角面片 ,即得到表面模型 .实验结果表明 ,改进后的算法效率有较大的提高 .新算法不仅适用于表面三维散乱点数据 ,也可以对体数据进行重构 ,具有一定的通用性 .

实时模拟固体燃烧现象

为了模拟固体燃烧时产生的火焰及其伴随的物质分解过程,提出一个实时的燃烧模型.为了在模拟速度和视觉效果间取得一个很好的折中,采用一套混合的网格模拟系统;整个空间的热传导过程在一个统一的框架下模拟,因此能够很好地耦合动态的火焰和燃烧的固体.提出了一个改进的燃面更新方案以及一个新的固体表面纹理映射算法,能够生成逼真的结果.还提出了一系列提高模型效率的加速算法.最终实时地模拟出了真实感的固体燃烧现象.

基于VTK的室外场景三维重建

采用VC++6.0作为开发平台,引入三维可视化类库VTK,实现了激光扫描数据的几何建模。通过数据压缩、平面分割减少数据量,并分别采用Delaunay三角化、轮廓线和MarchingCubes等不同的建模方法,重建室外真实三维场景。

天气雷达数据三维可视化技术及应用

本文结合天气雷达数据三维空间定位公式与任意基线雷达反射率因子垂直剖面算法,提出三维可视化Marching Cubes改进算法,在该算法基础上研发天气雷达数据三维显示系统,并使用此系统对雷达观测实例进行了三维分析应用。结果表明:相对于二维平面的分析显示,三维可视化技术可以提高气象工作者对天气雷达回波数据的直观理解,更有效地分析出整个回波的轮廓和云内部回波分布情况,对于把握强回波的演变状况很有意义。

基于GPU的MC算法

MarchingCubes算法是医学图像三维重建获取等值面常用的方法,该方法原理简单,但在遍历立方体的时候会遍历许多空立方体,浪费时间。本文提出一种基于顶点状态获取相邻非空体元的方法,根据顶点的状态判断某一面是否含有等值边,含有等值边的那面相邻体元有很大可能含有等值边,减少空立方体的遍历。此外,本文还将算法在基于GPU的基础上进行并行化处理。

基于VTK的考古建模系统

采用VC++6.0作为开发平台,引入三维可视化类库VTK,实现了金沙遗址高密度探测考古数据的建模。建模前采用模糊聚类分析方法实现了考古数据的分割,最终将考古模型显示给用户,并实现与用户的交互。

基于改进MC算法的脑图谱三维重建

随着脑图谱在神经外科手术的教学与应用中起到越来越重要的作用,脑图谱的三维重建成为了脑图谱研究的一个主要方向。针对MarchingCubes算法在提取脑图谱数据等值面效率低下的问题,通过对MarchingCubes算法的遍历方法和拓扑结构的研究,提出一种适用于脑图谱三维重建的改进算法,采用该改进算法实现脑图谱三维重建系统。并以Brainnetome Atlas脑图谱数据作为实验数据对系统效率进行测试,实验结果表明,相对于原始算法,改进算法确实提高了三维重建系统处理脑图谱数据的效率。

基于GPU的MC加速算法

等值面重建被广泛应用于标量场可视化,特别是在医学领域,大量的医学研究和临床观察需要借助于医学体数据的表面重建结果。本文提出一种加速算法,利用普通微机平台上的图形处理器(GPU)中的定点着色器的可编程性,把等值面重建的巨量计算从CPU转到了GPU,极大加快了重建速度,从而在普通微机体系上就能实现动态三维数据的实时面绘制。

一种新的三维卡通流水绘制框架

为了更好地表达绘制流体,提出了一种基于SPH流体模拟的新的三维卡通流水绘制框架并完成了系统实现。框架可分为3个部分:流体物理模拟模块、流体绘制表面提取模块,以及流体非真实感纹理绘制模块。在流体物理模块,通过SPH粒子模拟,利用体素化的Lagrange算法求解Navier-Stokes方程,得到了真实的流体运动信息。在流体绘制表面提取模块,通过Marching Cubes算法自动提取流体绘制表面。在流体非真实感纹理绘制模块,提出了两种新的过程化的卡通绘制模型,分别绘制水纹和浪头。实验结果表明该方法能实时自动地绘制非真实感的流体。

等值面技术在缸内流动三维数值模拟后处理中的应用研究

详细介绍了经典的等值面生成技术Maxching Cube,并将其直接应用于非规则数据场可视化。采用OpenGL和VC++6.0予以实现。运用它,成功地对内燃机缸内流动三维数值模拟进行了后处理。

基于改进MC算法的图像三维重建研究与实现

在三维重建中,Marching Cubes算法是常用的算法之一,针对该算法在重构过程中存在生成三角片数量大、重建运算时间长、存在拓扑二义性等问题,提出一种改进的Marching Cubes算法,它通过选取适当的角度来确定数据点的取舍,使用中点法替代传统线性插值来计算法向量和等值点坐标,使得计算次数由4次减少到1次,最后使用OpenGL可编程管线重建医学断层图像,实现可视化。实验证明,该方法避免传统Marching Cubes算法存在的拓扑二义性,提升重建图像效果以及重建效率。