面向体三维显示器的图形算法设计

针对一种基于旋转双螺旋屏幕逐层扫描技术的体三维显示系统,设计并实现了一套支持真实空间三维显示的图形算法体系.算法核心主要包括立体图元的体素化,切片图像渲染和投影同步控制等3个环节.图形系统通过离散三维网格模型获取体三维显示需要的体数据,并根据螺旋屏幕的几何特征将物体的体数据集渲染成切片图像序列发送至高速投影单元,在保持投影与屏幕旋转同步的情况下,快速变换的投影图像基于视觉暂留融合成具有真实物理深度的三维影像.算法在体三维显示器样机上进行了验证,显示的三维影像占据真实物理空间,具备全方向观察角度,围绕显示器可直接观察到立体图像各个不同侧面,如同观察真实物体一样.     

动态体显示技术中的体素化过程研究

目前，图像显示技术已经不局限于平面显示，一种全新的真三维立体显示技术正在迅速发展，并逐步走向应用。该技术是完全基于体素的显示方法，使得观察自由地、不需要辅助设备地获得真三维的图像效果。本重点介绍了该显示技术中的基于动态体技术的基本形式，讨论了该技术中所采用的体素化过程。另外，通过采用平面直线运动模型，重点分析了该模型中的体数据转换矩阵的计算。转换后的图象数据是基于激光柬的偏转数据。在该数据基础上，还分析了体素的重新排序和优化过程。     

基于现场可编程门阵列实现二维光栅优化设计算法

提出了一种基于现场可编程门阵列实现的遗传算法对二元光栅直接进行二维优化设计的方法。采用二次多项式函数描述二元光栅曲面的面形,给出了基于现场可编程门阵列的遗传算法优化光栅的解决方案;以多项式系数为优化设计对象,选用了适合本设计的硬件实现编码、选择、交叉、变异算子、适应度计算算法,同时引进了精英保存策略来提高程序的健壮性和加快收敛速度。算法充分考虑硬件处理的并行性和流水线特点,利用Verilog HDL语言编程,在Altera的cycloneⅡEP2C50器件上实现。结果表明,该算法对二元光栅优化设计计算速度比软件实现的快四十倍以上,有效提高了二维二元光栅优化设计的速度。     

基于螺旋旋转屏及DMD的体扫描显示系统

基于螺旋旋转屏和数字微镜元件(Digital micro-mirror device,DMD)技术,对原体扫描显示系统原型进行了改进.采用螺旋旋转屏构建体扫描显示系统的成像空间,可改善平面旋转屏体扫描系统中存在的成像空间较小、体素数量较少和体素重叠死区严重等缺陷.利用DMD空间光调制技术,在体素激活子系统中提高了三维数据传输的带宽,达到同时激活多个体素的目的.研制了基于螺旋旋转屏和DMD的体扫描显示系统原型.实验结果表明,所设计的系统原型与前期平面旋转屏系统相比,在成像空间、视觉死区、切片上的体素数量及体素激活能力等方面都有所改善.     

三维大规模地形的实时显示与渲染

利用真实地形数据，基于四叉树的LOD算法，即利用视点相关和地形本身的起伏度相关技术确定地形应有的细节程度来绘制大规模三维地形。并根据真实航片和地形高程值分别生成真实和模拟的地貌纹理，计算出地形阴影贴图，产生阴影效果。在保证渲染速度的前提条件下，有效地提高了场景的视觉真实程度。     

一种新型的体三维显示系统

利用人眼视觉暂留效应,提出了一种新型的体三维显示方式,搭建了将一系列二维切片图像融合成一幅三维立体图像的原型系统。介绍了该系统的设计思路并阐述了其主要组成元件的功能。实验证明,该系统可直接裸眼观察三维图像,而不用借助于立体眼睛等辅助工具。     

光流场重建线性算法的实验模拟

由光流场重建三维运动和结构是计算机视觉研究中的热点和前沿，它分为线性算法和非线性算法。非线性算法的初始值选取非常重要，否则会导致算法失败。本文提出了一种由光流场重建三维结构线性算法的实验模拟新方法，该方法巧妙地利用合成数据和图像序列验证了重建的线性算法，该思路也适用于其它算法。     

一种提高光栅投影测量精度算法的研究

结构光三维测量中由于投影仪Gamma效应和倾斜投射时的周期展宽导致光栅条纹非正弦化,对测量结果造成比较明显的影响。文章通过实验分析了非正弦化的光栅条纹相位特征,在此基础上提出了一种基于Look-up table(LUT)的相位误差补偿算法。通过理想连续相位与实测参考面连续相位的比较,得到相位误差查找表,再通过物体表面的相位值在LUT中找到相应的相位误差,对相位进行误差补偿。该算法在有效地消除了CCD的非线性效应和投影仪的Gamma效应带来的误差的同时,也校正了周期展宽的问题。实验证明,该方法有效地减小了相位误差,从而提高了测量精度。     

医学图像光线投影体绘制中重采样快速算法研究

光线投影算法是体绘制算法中图像效果比较好的方法,但存在运算量大,绘制速度慢的问题,如何提高重采样速度是加速光线投影算法的关键。本利用重采样点在两坐标系中的矩阵变换特性,减少矩阵运算量,同时结合三维数据场在像平面的投影减少光线投影数目;利用包围盒技术避免对空体元的采样,并且通过将Bresenham算法扩展至三维确定每个重采样点所在体元的编号。实验结果表明,本提出的重采样优化算法成像速度比标准光线投射算法快2—3倍,而成像的质量与标准算法基本没有区别。本提出的算法,既能保证绘制质量,又能显减少计算量,提高体绘制的速度。     

超高分辨率机载SAR成像算法及其GPU实现

雷达成像分辨率的不断提高,给SAR高精度实时成像处理带来了新的挑战。采用高效精确的成像算法以及对算法进行硬件加速是解决该问题的有效途径。本文提出了一种适用于超高分辨率机载SAR成像的精确高效成像处理方案,并利用并行化硬件平台GPU对该成像方案进行了硬件加速。实测数据处理结果充分验证了该处理方案的聚焦精度和处理效率。     

由CT片重建肝脏彩色三维图形

本文介绍肝脏ＣＴ片的彩色三维重建以及相应肝脏体积和表面积计算的一种方法。方法涉及ＣＴ片中肝脏组织分割、数据压缩、数据组织方式、图形变换、消隐和明暗处理。最后列出一个病人肝脏的三维显示图像以及体积计算值。     

基于FPGA的并行遗传算法硬件实现的研究

遗传算法具有天然的并行性。FPGA(Field programmable gate arrays)本质上的并行特性使其很适合用于实现并行的遗传算法。结合两者的并行特性，本文提出了一种基于FPGA的并行遗传算法。选用了适合硬件实现的选择、交叉、变异算子，并将它们设计成流水线结构。整个设计采用了XILINX公司的XC2V1000型号FPGA芯片。算法利用VHDL语言来描述。实现后的测试表明，这种硬件遗传算法有效减少了运行时间，使其在一些实时性要求较高的场合得到很好应用。     

飞机座舱EADI画面高速填充的一种新方法

在飞机座舱电子飞行仪表系统中．电子式全姿态指示器(Electronic attitude director indicator,EADl)的天地区域的重新填充是个非常费时的工作。本文针对EADI画面的特点,提出一种基于新型双帧存交替切换结构和硬件实现边标志填充算法的图形显示系统设计新方法,通过给字符、天及地的区域边界设立不同的标志,由专用FPGA硬件根据标志采取相应的填充操作,实现区域的快速填充和字符的叠加。该EADI显示系统已研制成功，调试表明：EADI画面的图形填充速度提高了一个数量级,彻底解决了EADI画面生成中的速度瓶颈,具有较高的应用推广价值。     

三像素宽反走样直线的绘制算法研究

直线绘制是计算机图形学的基本内容。在光栅图形显示系统中 ,要快速绘制无锯齿的光滑直线是很困难的。本文从走样的机理入手 ,在对 Wu反走样直线算法和 Gupta &Sproull圆锥滤波反走样算法进行研究的基础上 ,提出了改进的三像素宽度直线反走样算法 ,用于显示高质量的反走样直线 ,应用于飞机座舱显示系统中全罗盘画面的刻度线绘制 ,取得了较好的应用效果。     

基于红外图像重建飞机三维形体结构技术的研究

研究了基于红外图像重建飞机三维形体结构的技术，并在理论研究基础上开发了三维重建系统。该系统包括红外图像的处理技术、三维信息提取的体相交技术、三维形体的表示方法和基于八叉树结构的飞机三维形体重建的实现。旋转是表示实体三维结构信息的一种有效方法，本文最后给出了重建三维飞机的旋转系列图像。     

智能PID调节器

介绍一种智能化ＰＩＤ调节器，它以ＭＣＳ－５１系列的８０３１单片机为处理器，配合其他外围芯片（如ＲＡＭ，ＥＰＲＯＭ，ＤＡＣ和ＡＤＣ等）构成。该调节器外部接口简单，实现了模拟量的直接输入和输出，可以方便地和各类模拟的检测和控制仪表相配合，组成不同的过程控制系统。调节器的于ＰＩＤ算法采用的是变速积分的ＰＩＤ位置算式，有效地消除了一般ＰＩＤ算法中出现的诸如快速性、积分饱和、振荡剧烈等问题，调节效果较好。本调节器操作方便、显示直观、工作可靠、精度高。本文介绍了该系统的硬件和软件的设计。