基于区间树硬件加速索引的Marching Cubes算法

为了充分利用GPU的海量线程并行架构,提高等值面可视化效率,提出一种基于区间树硬件加速索引的Marching Cubes算法.该算法在预计算阶段利用GPU构造多区域的区间树作为体数据体素的值域索引;在实时运行阶段根据用户给定的阈值,通过该索引并行地搜索活跃体素,并生成活跃体素的多级索引,然后分配线程处理活跃体素,抽取并绘制等值面.将文中算法应用到不同体数据上的实验结果表明,其能够显著地提高现有Marching Cubes算法的效率;与现有的GPU基准算法相比,最高能达到4～10倍的加速比.

基于压缩体素模型的Marching Cubes优化算法

等值面的提取是科学可视化的重要一环,面显示算法中经常使用的是Marching Cubes算法。针对经典Marching Cubes算法遍历Cube需时较多且占用大量计算机资源的缺点,提出基于压缩体素模型的Marching Cubes优化算法,其利用材料变化信息直接在位于物体表面的体素模型中提取表面三角网格,省略了物体外部全空和内部全实的体素,提高了表面提取的效率。此算法已应用于虚拟油泥造型系统中,取得了很好的效果。

基于改进Marching Cubes算法的血流实时仿真研究

针对传统的Marching Cubes算法空体元检测时间过多影响执行效率的问题,设计了一种针对流体表面绘制的Marching Cubes改进算法。在算法中,首先检测了规则点阵的密度,然后通过设定阈值将粒子密度低于阈值的区域与密度高于阈值的区域分离,仅将密度较高的区域使用简化版Marching Cubes算法绘制。仿真实验证明,与球形渲染算法和Marching Cubes算法相比,本文提出的算法减少了对空体元的访问,提高了显示的质量,从而使得整体绘制算法符合实时渲染的要求。

Dividing cubes算法在数控仿真中的应用

切削计算是数控仿真系统中的重要组成部分,不同的切削算法直接影响切削效率与切削精度。基于剖分立方体(dividing cubes)算法思想,对体素模型稍作改动,提出了一种新的切削算法。仿真结果表明,基于改进算法的切削面的重绘过程更加简洁,在保证切削精度的同时能有更高的切削效率。但是,由于算法根据毛坯的离散精度的不同,所需要的内存空间也不同,当毛坯的离散精度超过一定程度时,会增加切削计算的计算量,反而降低了切削计算的效率。

城市地下空间资源质量评估基本单元体的研究

提出了基于Grid+Voxel的基本单元体划分方法及不同类型属性信息提取的量化模型,有效地解决了地下空间资源质量评估最小近似均质体的3D剖分,及基于基本单元体不同类型的属性信息定量提取问题,修正了传统的以地面为参照的2D平面单元划分方法,是城市地下空间资源质量评估基本分析单元划分的一种有效的新方法。

一种压缩体素模型在加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统的基于空间分解的体素建模方法需要计算机内存空间大,仿真时间长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,大大简化了仿真过程中的布尔运算,有效压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高。根据该压缩模型特点,设计了基于MachingCubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍,在实际应用中取得了良好的效果。

一种基于自适应均值平滑算法的三维重绘技术

MEMS传感器工艺仿真的计算基础是体素模型,但是由于体素模型分辨率所限可能造成阶梯效应,以致体素模型的可视化效果不好。因此我们需要将体素模型转化为三角面片模型,但是通过常见的转化方法所得到的三角面片模型表面粗糙。提出了一种基于自适应均值平滑算法的三维重绘技术,对体素模型进行程度不同的平滑滤波,再利用Marching Cubes算法得到三角面片模型。经仿真实验表明通过所提的方法得到的三角面片模型表面光滑可视化效果更好。

压缩体素模型在五坐标数控仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大,传统基于空间分解的体素建模方法需要大量计算机内存空间,仿真时间很长,仿真精度低等问题,结合Dexel模型提出了一种压缩体素模型,极大地简化了仿真过程中的布尔运算,同时有效地压缩了仿真模型的数据量,仿真的精度也有所提高.并且根据压缩模型特点,设计了基于Marching Cubes的优化表面三角网格提取算法,加快了仿真结果的图形显示.整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍,在实际应用中取得了良好的效果.

基于体素的体积计算在地质领域中的应用

根据水文地质钻孔数据建立地下水三维数据场模型,进而研究地下标量场和矢量场特征,是一种新的研究方法。体积计算是地质领域的一项基础性工作,针对地质体数据的特点,研究了两种基于体素的体积计算方法——1/8 体素和移动立方体体积计算方法,并将其与种子填充算法结合,用于遍历整个数据场。最后将计算结果与传统方法进行了对比,实验证明具有较好的精度。

压缩体素模型在五坐标数控加工仿真中的应用

针对五坐标数控加工仿真中刀具扫描体和零件毛坯之间布尔运算量大，传统基于空间分解的体素建模方法需要大量计算机内存空间，仿真时间很长，仿真精度低等问题，结合Dexel模型提出了一种压缩体索模型，极大地简化了仿真过程中的布尔运算。同时有效地压缩了仿真模型的数据量，仿真的精度也有所提高。并且根据压缩模型的特点，设计了基于Maehing Cubes的优化表面三角网格提取算法，加快了仿真结果的图形显示。整个加工过程的仿真速度比传统体素模型提高了8～9倍，在实际应用中取得了良好的效果。

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。

基于体素生长的移动体素算法

移动立方体是从三维数据场中抽取等值面的一种面绘制方法,文章提出的基于体素生长的移动体素算法可以对原算法进行改进,借用体素的生长只处理与等值面相交的那些立方体,并将这些体素以栈的数据结构形式进行保存,加快绘制速度;在三角面片形成处理中,使用移动体素的方法生成三角面片,消除了二义性。

基于物方体素约束的深度图融合方法

稠密重建是多视立体视觉三维重建技术中的关键环节,主要包括密集匹配以及深度融合两步。目前深度融合生成的密集点云仍然存在密度大、质量参差不齐等问题。为此,本文提出一种基于物方体素约束的深度图融合方法。在该方法中,首先根据影像的地面分辨率自适应地确定体素网格尺寸;其次利用场景的几何特征约束计算融合点坐标;然后基于物方体素约束筛选融合点;最后利用无人机采集的滕州市某镇驻地倾斜影像数据以及ETH3D公开数据集进行验证。实验结果表明,本文方法能够有效降低密集点云密度并保证点云质量。

多分辨率体素地形建模算法及实验分析

针对基于面模型的战场地形要素建模与可视化的不足,提出利用体素模型实现战场环境地形要素的建模与可视化方法和基本思路。对基于特征点的双重移动立方体算法进行改进,实现体素地形的可视化表达,引入体素地形可视化的影响因子便于对体素地形可视化效果的控制,通过实验进行分析,得出最佳取值空间。

基于体素模型的多分辨率地形表达分析

传统的基于"面模型"的三维地形可视化,难以逼真地模拟现实世界的复杂地形,本文在充分了解体素的基本概念和特点的基础上,分析了几种常见的体素模型,主要讨论了体素在多分辨率三维地形可视化方面的研究和应用情况,为建立基于"体模型"的虚拟地理环境提供参考。

体素可视外壳并行优化建模方法

基于体的可视外壳重建不需要复杂的几何计算,易于实现,但其精度和效率仍不理想。提出一种基于统一计算架构(CUDA)和行进立方体(MC)的体素可视外壳并行优化建模方法,将体素相交判断和等值面抽取过程并行分解,利用CUDA的内核多线程机制加速建模;在MC网格化阶段,提取准确交点并消除冗余边计算;利用像素着色器实现混合权重的纹理映射,提高模型精度。在多摄像机采集装置D reamW orld上的实验结果表明,本文方法能够对多个动态物体进行实时准确的3维建模。

体素在虚拟地理环境构建中的应用技术研究

在充分认识体素的基本概念和特点的基础上,分析了几种常见的体素模型,主要讨论了体素在虚拟地理环境构建中三维地形和自然现象的模拟、地理过程的表达、基于地理环境的空间分析等方面的应用和研究,并对建立基于体模型的虚拟地理环境进行了探讨。