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面向道路工程Web3D档案管理的三维可视化方法

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计算机工程与应用 2014年第10期50卷 156-160,164页

作者：程丹李伟彭永涂星宇中南大学档案馆长沙410075 中南大学土木工程学院长沙410075

道路工程Web3D档案管理技术对辅助提高决策能力具有重要意义。对其中的海量数据组织管理、三维整体建模及模型简化方法进行了研究。提出了基于有向无环图的三维场景组织管理方法,深度方向从总体到细节的逐步细分,广度方向按里程分段或... 详细信息

道路工程Web3D档案管理技术对辅助提高决策能力具有重要意义。对其中的海量数据组织管理、三维整体建模及模型简化方法进行了研究。提出了基于有向无环图的三维场景组织管理方法,深度方向从总体到细节的逐步细分,广度方向按里程分段或模型类型进行划分,标准模型节点为多个父节点所共享;基于约束Delaunay三角网建立了道路三维整体模型;提出了顾及约束的三维模型简化误差度量准则,考虑了对任意边进行简化时的几何误差,并为约束边建立了一个附加误差项,保证约束边尽早细化。基于上述方法开发了道路工程Web3D档案管理系统,远程客户端可快速重构出三维模型并较好地保留了约束边,目前已应用在多条高速公路的建设、运营管理中。

关键词：道路工程档案管理三维模型简化误差度量

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城市规划三维辅助决策系统关键技术研究

城市规划三维辅助决策系统关键技术研究

作者：谭均铭武汉大学

学位级别：硕士

计算机软件和硬件技术的进步推动着三维技术的发展,作为“数字城市”核心技术之一的地理信息系统（Geographic Information Systems,GIS）也进入了“升维”的时代。三维GIS凭借其立体直观的视觉体验效果,与各类服务和应用结合,渗透到多... 详细信息

计算机软件和硬件技术的进步推动着三维技术的发展,作为“数字城市”核心技术之一的地理信息系统（Geographic Information Systems,GIS）也进入了“升维”的时代。三维GIS凭借其立体直观的视觉体验效果,与各类服务和应用结合,渗透到多个行业中,并发挥着越来越大的作用。城市规划三维辅助决策系统是指结合三维GIS,将城市规划从设计到审批的过程中产生的地理空间数据和规划数据进行综合集成管理,构建地形地貌和城市建筑模型的真实三维场景,以直观展示规划方案,并通过三维空间分析方法辅助规划管理人员对各种规划设计方案进行审批,为科学规划和成本节约提供依据。当前三维GIS在城市规划辅助决策中的应用主要解决以下几方面的需求:一是对规划过程中的海量三维模型数据、遥感影像数据、地形数据和规划业务数据等进行统一的管理与显示。二是在集成了这些多源异构数据的三维场景中,利用GIS的空间分析能力计算相关指标,如可视范围、日照时长、建筑立面颜色比例等,以提供城市规划相关业务的辅助决策支持。本文首先介绍了国内外关于海量三维数据加载以及三维空间分析方法的研究现状,并对国内外主流的三维GIS软件平台的特点进行总结。针对三维城市模型制约渲染显示效率的瓶颈所在,探索海量三维城市模型可视化的关键技术,并对一些特定的辅助决策空间分析功能进行优化改进和实现。论文主要研究了两部分内容:三维城市模型数据组织和调度以及面向城市规划的三维空间分析算法。对于大数据量的三维城市模型渲染效率低的问题,采用基于二次误差度量的边折叠算法对模型数据进行简化,并根据不同的简化级别构建细节层次模型（Levels of Detail,LOD）,通过分页数据库技术预读LOD（PageLOD）实现内存动态调度,实现了大数据量的三维城市模型流畅显示。在三维空间分析算法方面,主要对视域分析、日照分析和天际线分析等在真三维场景中的计算和显示进行了研究。最后,基于关键技术对城市规划三维辅助决策系统进行设计并实现。

关键词：三维GIS 城市规划三维模型简化动态调度三维空间分析

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基于特征的网格处理

基于特征的网格处理

作者：黄子龙山东师范大学

学位级别：硕士

时代的发展,科技的进步,使得多媒体技术迅速融入到我们生活的各个角落。在计算机图形学、计算机动画、几何造型等领域中,物体通常利用三维网格模型来进行描述,这样不仅可以充分还原物体本身的特性,而且有利于计算机图形硬件的直接处理... 详细信息

时代的发展,科技的进步,使得多媒体技术迅速融入到我们生活的各个角落。在计算机图形学、计算机动画、几何造型等领域中,物体通常利用三维网格模型来进行描述,这样不仅可以充分还原物体本身的特性,而且有利于计算机图形硬件的直接处理。正因为此,三维网格模型在被广泛应用的同时,数量也在急剧增加,这就使得我们不得不面对如此庞大的模型数据给计算机存储空间、处理器处理效率、网络传输和快速检索等方面造成的巨大负担,对于三维网格模型的简化和检索问题迫在眉睫。三维网格模型的简化和相似性度量作为网格模型处理中的重要课题,一直被相关领域内的专家和学者深入探讨和研究,取得很多阶段性成果,各种简化方法和相似性度量算法层出不穷,不断发展。网格模型的简化不是简单地以减少模型中面片个数为目的,其实质是:在最大程度上保留原始模型外观和几何等特征的前提下,尽可能用最少的顶点和面片来表示原始模型。这就要求我们在尽量不影响简化模型精度的情况下,尽量多的删除那些与模型特征关联性不大的面片。如何选择这些面片,成为网格模型简化的关键问题。三维网格模型的检索技术多数用于为用户提供快速查找符合其要求的网格模型的功能。类似于图像、音频和视频等数据的检索,检索的两个最基本要求是运行速度和检索准确度。对于三维网格模型的检索,其核心技术是提取什么样的特征元素进行相似性匹配,换句话说,就是利用什么特征来表示本模型与其它模型的差异,而特征元素选取的好坏,直接影响到后期检索时的效率和精确度。网格模型简化方面,针对目前三维网格模型简化中存在的如何提高简化模型保真度问题,本文提出一种基于主曲率的、通过顶点聚类来进行简化的方法。该方法利用渐进式的简化思路,通过包围盒细分、二次误差测度和基于积分不变量的主曲率方法,逐步对网格模型进行简化。实验结果表明:本文算法不但解决了以往算法中存在误差累积的缺陷,而且在兼顾细节特征不丢失和保证模型显示效果的同时,提高了算法的执行效率,降低了算法整体的时间复杂度和空间复杂度。本文在进行相似性度量时,就选取什么特征,怎样选取特征等问题,提出通过构建待配准区域点云数据的八叉树,根据八叉树的比较来确定两个三维模型的匹配区域,并利用积分不变量对匹配区域中的点云数据进行主曲率方向的估计,然后采用基于直方图算法获取特征向量,最后根据主曲率方向的直方图进行相似度评估。本文的主要内容大致分为五个部分:第一部分概述本文所提算法的研究背景、意义、国内外研究现状和发展以及文章的章节布局;第二部分重点详细介绍了曲率方面的理论和相关的估算算法,引入积分不变量概念,进一步阐述了基于积分不变量的曲率估计;第三部分中分析了传统网格模型简化和相似性度量算法的优缺点,将基于积分不变量的曲率估计应用到三维网格模型的简化和相似性度量领域;第四部分是本文的实验步骤和效果的展示;第五部分是对本文的总结以及对将来研究工作中重点的展望。

关键词：三维模型简化三维模型相似度主曲率积分不变量

考虑级配及形状的土石坝堆石料压实特性细观研究

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考虑级配及形状的土石坝堆石料压实特性细观研究

作者：魏杰天津大学

学位级别：硕士

高土石坝的建设对堆石料的压实质量提出了更高的要求。大功率压实机械提高了碾压质量,但也会对堆石料产生更大的作用力,甚至可能引起大粒径及特殊形状骨料的破碎,进而影响堆石料工作性态。除此之外,堆石料的级配及形状也是影响堆石料压... 详细信息

高土石坝的建设对堆石料的压实质量提出了更高的要求。大功率压实机械提高了碾压质量,但也会对堆石料产生更大的作用力,甚至可能引起大粒径及特殊形状骨料的破碎,进而影响堆石料工作性态。除此之外,堆石料的级配及形状也是影响堆石料压实特性的重要因素。因此,本文考虑堆石料级配、形状及颗粒破碎,建立了振动力作用下堆石料压实过程的三维离散元模型,对堆石料的压实特性及其细观机理进行了较为详尽的研究,主要工作及结论如下:（1）建立了真实堆石料的三维模型,实现颗粒破碎并进行离散元模型参数标定。通过三维激光扫描技术获得真实堆石料模型,基于SHAPE架构方法实现堆石料三维模型简化,确定最优简化面数为30,通过进行几何特征参数的对比验证了简化模型的准确性。通过经典的颗粒柱坍塌试验标定了离散元模型的接触参数,基于Ab-T10模型实现颗粒破碎,通过单颗粒单轴压缩试验对比力-位移、应力-应变曲线及颗粒破碎模式证明了颗粒破碎模型的准确性,并标定了离散元模型的破碎参数。（2）建立了振动力作用下堆石料碾压过程离散元模型,研究堆石料形状和级配对压实特性的影响。提出了基于密度的三层卸料方法,实现了堆石料分层现象的模拟,对堆石料级配及形状对压实特性影响展开数值试验,研究结果表明:最终累计沉降率随长细比的增加而增加,随中值粒径(d)的增加而减少,前4遍碾压贡献了绝大部分的累计沉降率;最终孔隙率随长细比的增加而减少,随中值粒径(d)的增加而增加,表层堆石料的孔隙率减少幅度更明显;碾压过程中发生破碎的堆石料颗粒主要集中在表层,80-100mm粒径的堆石料含量下降最明显。（3）从细观角度揭示了堆石料压实现象的产生机理。从配位数、速度场、力链角度解释压实特性,研究表明:堆石料配位数与孔隙率呈现负相关关系,配位数与沉降率呈现正相关关系;堆石料的运动主要发生在表层,颗粒速度最大值在碾轮正下方,且越靠近表层堆石料的速度越大,整体上颗粒平均速度随堆石料粒径的减小而增大;在碾压过程中有一部分的弱力链被转换为强力链,强力链占比随长细比的增加而降低,随中值粒径(d)的增加而减小。

关键词：离散元模拟颗粒破碎三维模型简化压实特性细观机理

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面向三维简化重建的超真实感纹理映射研究

面向三维简化重建的超真实感纹理映射研究

作者：陈凌锋深圳大学

学位级别：硕士

大型城市的三位重建模型在学术和工业领域已经得到了广泛的应用。但在实际使用中人们发现这类重建模型往往有着场景规模巨大,重建结构复杂的特点。对于几何特征明显的城市建筑物,绝大部分表面网格数据是冗余的,因此需要使用结构化重建... 详细信息

大型城市的三位重建模型在学术和工业领域已经得到了广泛的应用。但在实际使用中人们发现这类重建模型往往有着场景规模巨大,重建结构复杂的特点。对于几何特征明显的城市建筑物,绝大部分表面网格数据是冗余的,因此需要使用结构化重建为这些模型进行简化。但在对三维模型进行简化的过程中通常不会去考虑模型的纹理信息,而逼真纹理信息对于提高三维重建场景的真实感至关重要。现有的纹理映射方法只有在三维重建模型非常接近现实物体的情况下才能生成高质量的纹理,对于简化模型这种与现实物体几何结构差距较大的模型往往会产生明显的失真,这极大地影响了三维场景的真实感。针对简化模型这种特殊输入,与基于三角面片的传统纹理映射方法不同,本文提出了一个基于平面结构和图像拼接的纹理映射方法,能实现全自动为简化模型生成相片级别的纹理,让简化模型也能具有高真实感。本文的算法主要解决两个问题,对于简化模型的单个平面首先需要选取出一组最适合做图像拼接的视角,然后选出基准视角,并将其他视角的图片与基准视角的图片进行拼接,将平面在图像空间的可视部分拼接在一张图像中,最后通过对纹理进行优化,为每个平面生成高质量的纹理。在视角选取部分,本文结合了基于三角面片的纹理映射方法,将平面细分为稠密的三角面片并将这些面片作为平面的基本单位,然后通过可见性检测过滤平面在视角下的不可视部分,最后通过光度一致性过滤和视角选取优化,为每个平面选取出一组最适合做图像拼接的视角。在图像拼接部分,本文提出了基于图像几何特征的自适应网格,与之前使用均匀网格对图像进行形变的拼接方法不同,本文提出的自适应网格能对图像几何特征密集的区域进行更加细致的调整,再结合图像的几何特征作为约束为每个平面生成一张大尺度几何特征对齐的纹理。最后通过图像融合,为每个平面生成高真实感的纹理。本文提出的基于图像拼接的纹理映射方法与先前所有的纹理映射方法都不同,并且在图像拼接上进行了一定的创新,针对简化模型这种特殊输入能取得更好的效果。

关键词：城市重建三维模型简化纹理映射图像拼接

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民机机头装配厂房漫游系统关键技术研究

机电信息 2020年第9期 53-54页

作者：王焰冯乐乐马志明周普莉李波中航成飞民用飞机有限责任公司四川成都610091 电子科技大学航空航天学院四川成都611731 飞行器集群智能感知与协同控制四川省重点实验室四川成都611731

飞机机头装配厂房漫游系统的实现可为管理、技术人员或待培训人员提供装配工位布局最直观的认知,为飞机制造企业的工人培训活动带来了便利。现利用CATIA对三维模型进行轻量化处理,然后将模型导入Unity3D,以第一人称视角将整个装配环境... 详细信息

飞机机头装配厂房漫游系统的实现可为管理、技术人员或待培训人员提供装配工位布局最直观的认知,为飞机制造企业的工人培训活动带来了便利。现利用CATIA对三维模型进行轻量化处理,然后将模型导入Unity3D,以第一人称视角将整个装配环境展现出来,实现各个工位装配场景合理便捷的切换。

关键词：漫游系统三维模型简化 Unity3D