计算机图形学关键技术精选(九篇)

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第1篇：计算机图形学关键技术范文

【关键词】图形绘制；图形学；纹理映射

Analyses of the Texture Mapping in Graphics

XU Wen

（Xi’an Aeronautical University，Xi’an Shaanxi 710077，China）

【Abstract】Texture mapping is an important part of realistic rendering.In this paper，we introduced the principle of texture mapping and the classification of texture and discussed the key technology of texture mapping.

【Key words】Graphics rendering；Graphics；Texture mapping

0 引言

纹理映射技术是计算机图形学的重要组成部分，它能真实地反映图形的真实感。在现代生产中，纹理映射技术的使用范围越来越广，特别是在计算机制作、动画设计、三维游戏和广告设计领域上。纹理映射[1]是通过将已经存在的纹理图像映射到物体表面，从而实现为物体表面则增加表面细节的过程。

1 纹理映射

1.1 纹理映射原理

纹理映射可以分为一维、二维和三维纹理映射，其中一维纹理映射是最简单的纹理映射，即线的映射，二维纹理映射就是对一副二维图形的映射，三维纹理映射是将定义在二维空间的纹理映射到三维物体表面上。其中应用最为广泛的是二维纹理映射，下面我们将重点介绍二维纹理映射。

纹理映射的过程中涉及到各个顶点的对应关系[2]，我们相应的建立物体坐标系、纹理坐标系和纹理图像坐标系，其中纹理坐标的取值范围在0.0～1.0之间。

1.2 纹理滤波技术

不同的过滤方式，它的计算复杂度和计算方式都有所不同，图形出来的效果也有所不同。常用的简单滤波技术有两种，一种是Nearest Point Sampling（最近点采样法），另外一种是Bilinear（双线性滤波）。

最近点采样法是速度快但是滤波效果比较差的采样方式，它的做法是选中一个点P，这个点P不一定刚好对应纹理的一个采样点texel，所以它就会选择对应区域中最接近的texel进行采样，也就是说它会选取横坐标和纵坐标都比较靠近P点的texel作为采样点。

双线性过滤以pixel对应的纹理坐标为中心，取该纹理坐标周围4个texel的像素来计算该坐标点的颜色，最简单的方法是取其周围4 个坐标颜色的平均值作为采样值，也就是会对靠近像素中心的一块2×2的纹理单元取加权平均值。通常的方法是根据面积作为4个坐标颜色的权重来计算该点的像素值（即纹理颜色值）。

2 纹理映射处理

2.1 对纹理坐标的处理

对于一个二维纹理图像来说，它的纹理坐标值一般被限制在区间0.0～1.0之间，每个图像的尺寸都有一个界限，对于图像查找来说，就必须将它们的坐标转换到区间0.0～1.0之间。也就是说，纹理坐标可以不用仅仅设置在区间0.0～1.0，r如果坐标值超过这个范围，则要对纹理坐标超出这个范围的值进行处理，在纹理映射中，有不同的处理方式，对S和T坐标的处理方式如下：

1）如果选择的处理方式为GL_REPEAT，对超过1.0的值则只取小数部分的值，整数部分的值将被忽略掉。

2）如果选择的处理方式为GL_CLAMP，对超过1.0的值让其等于1.0，小于0.0的值让其等于0.0，其余的不作处理。

3）如果选择的处理方式为GL_CLAMP_TO_BORDER，则纹理坐标值的范围限制在[，1-]之间，大于1-的值让其等于1-，小于的让其等于，其余的不作处理。

4）如果选择的处理方式CLAMP_TO_EDGE，则不同的滤波方式其处理方式不同，如果滤波方式为GL_LINEAR，则其处理方式和CLAMP的处理方式相同，如果滤波方式为GL_NEAREST，则纹理坐标值的范围限制在[，1-]之间，大于1-的值让其等于1-，小于的让其等于，其余的不作处理。

其中，N是这样定义的，如果处理的是S坐标，则N就是图像的宽度值，如果处理的是T坐标，则N就是图像的高度值。

2.2 纹理贴图方式的选择

纹理贴图方式（也就是纹理与要贴图的物体的原顶点颜色的混合方式）有多种，分别为GL_REPLACE、GL_MODULATE、GL_BLEND、GL_DECAL、GL_ADD和GL_COMBINE（替换、调整、混合、贴花、添加和组合）。

3 结束语

本文对纹理映射算法及纹理滤波技术进行了简要的介绍，通过对纹理坐标的处理及贴图方式的选择，实现了纹理映射的处理。在研究图形真实感的处理时，纹理映射处理是相当重要的。

【参考文献】

[1]E.A.Bier，K.R.Sloan. Two-Part TexTure Mapping[J].IEEE Computer Graphics Application，1986（6）：40-5.

[2]董梁，刘海，韩俊刚.图形处理器中光照和纹理映射的设计与仿真实现[J].计算机科学，2011.

[3]和克智，等著.OpenGL编程技术详解[M].化学工业出版社，2010.

第2篇：计算机图形学关键技术范文

关键词：图形处理 实时性 关键技术

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（b）-0018-02

自19世纪60年代，美国麻省理工学院的Iven Sutheralnd教授首先提出了交互式计算机图形学（Computer Graphics）概念。计算机图形学的特点之一是广泛地使用二维和三维几何数据来描述几何模型。在实际应用中，随着计算机图形学及其相关理论与技术的发展，模型的复杂程度不断提高，所使用的几何数据的规模急剧增长，迫切需要一些高效的算法来进行图形处理。

1 实时图形处理关键技术的基本概况

1.1 几何压缩理论

几何压缩主要是运用在图形处理器没有足够大的内存装载巨大的模型时，或者运用在因存在数据传输瓶颈而不能进行图形处理时。图形处理模型变得愈加复杂，这使得存储、处理模型所需的内存和辅助外存代价极大地增加了。网络设计、网络游戏、VR虚拟现实等互连网应用都需要传输几何模型，但是现有的网络带宽使图形处理模型的效率受到了严重限制。在进行几何压缩时会经过三个必要步骤即量化、几何编码以及数据压缩。量化是首要步骤，三个浮点数描述的是三维几何模型的顶点坐标，但数据压缩过程中确定浮点数颇为不易。几何压缩的量化就是将浮点数作为整数进行形式表达，形成一个整数坐标表达式。为满足人类视觉的精度要求，以10或12比特单位来量化一个坐标。运用这种表达式，30或36个单位就可以表达一个顶点位置。上述的这种量化方法，虽然将坐标的浮点数或对应的频域参数量化到了整数网格中，但这种方式没有将数值表达精度和误差划入考虑范围，这导致了浮点数在量化过程中会出现不可避免的数值损耗。针对这一难题，学者Martin Isenburg等人提出了完全无损的浮点数压缩方法。这种方法首先对浮点坐标进行初步量化，运用预测机制求出坐标的预测值，将预测值和实际的浮点数在符号、指数、尾数方面进行对比，最后运用上下文算术编码压缩差值，这可以有效的避免浮点数压缩过程中产生的损耗而提高几何压缩的精确性。几何编码则是几何压缩中最重要的环节，浮点数坐标被量化后，就进入了几何编码操作环节。具体做法是按照一定形式组织模型的顶点，尽可能减少顶点几何表达的冗余，为后续的数据压缩处理提供便利。几何压缩的最后环节是进行数据压缩，为了达到几何编码稻菸匏鸷牡哪康模进一步提高几何压缩算法是必经之路。无损编码和嫡编码是几何压缩的典型算法。算术编码则是效率最高的嫡编码方式，这种方式可以最大程度的减少信息冗余。

1.2 GPU（图形处理单元）三角网格数据结构

在提出几何压缩的概念前，图形标准GL（图形库）和OpenGL（开放图形库）中就开始运用三角形带压缩方法。Hamiltonian三角剖分可以描述为广义三角形带，顺序三角剖分可以描述为顺序三角形带，三角形带的三角网格可以用三角剖分来描述。在图形处理单元三角网格数据结构理论中有诸多学者对其进行讨论。学者Euler提出“三角网格中顶点数量是三角形的数量的1/2，在这种情况下一条广义三角形带上的每个顶点都将被重复传输，这大幅度的增加了传输的冗余量。广义三角形带中SWAP命令编码得到支持，是基于一端设置三个顶点缓冲区，其中任意两个缓冲区的内容都可以随意交换。如果一个广义三角形带上有n个顶点则可以形成n-2个三角形。学者Evans等人在SGI（硅图）算法的基础上成功运用动态三角化将顶点传输降低至2.5次。硅图方法是目前最好的几何压缩算法之一，它是根据开放图形库标准，将图新处理单元一端的顶点缓冲区大小设置为2，顶点在出现顺序三角形带会被重复传输。如果出现一个广义三角形带，同时满足包含一个函数命令的条件，那么顶点被传输两次的数量为1。还有学者基于广义三角形网格数据结构进一步降低顶点的重复传输。以这种方法在贪婪算法的基础上又进一步缩小了三角形带的数量，这种方法将图形处理单元一端设置为具有16个顶点的缓冲区，这大幅度降低了定点传输的数量，但如何根据顶点缓冲区的大小来划分广义三角形网的相应算法还没有被公布，也未被证明。

2 实时图形处理的关键技术分析

2.1 基于扇形带的三角网格拓扑关系表示方法

旧有的图形处理是使简单网格包含一个顶点的扇形与圆拓扑相等，三角网格分解出数个连续的扇形带，相邻扇形通过连接三角形的方式相连。这种形态的扇形描述出的中心顶点和边界顶点关系，不可避免的会使每个三角形都被重复描述三次，由此产生的冗余量可想而知。基于扇形带的三角网格拓扑关系表示方法运用区域增长原理构建扇形带，扇形带的首个扇形不连接三角形，每个扇形带中至少包含一个三角形，扇形带中仅有未被处理的三角形。三角形的个数被定义为扇形的价。将不含三角形的扇形价设置为零。基于扇形带的三角网格拓扑关系表示方法的算法如下所述，小数点后七位的浮点数决定空间三维坐标，空间三维坐标决定点位置，三个点位置决定一个三角形面，这种方法存储量大。在实践过程中会先将点存储于vertex数组下，点用索引值来替换。这种算法通过理清三角形面和点的拓扑关系，对最大潜在扇形进行价的计算并确定中心顶点，再运用区域增长原理，从中心顶点和包含它的三角形出发，逐步计算出所有新点和由它们连接成的扇形直到价变成零。这种方法下计算出的扇形顶点避免了后续扇形带的计算，从而降低了冗余量。计算得出的扇形点以opengl（开放图形库）支持的格式存在于mystack文件中。需要特别说明的是，扇形带总会遗漏一部分三角形，这部分三角形在最后会显示为价“2”，最终计算出的由网格组成的扇形存储数据会包含一部分内容显示为价“2”，这说明该网格扇形带中包含单个三角形，所有均支持开放图形库格式。这种基于扇形带的三角网格拓扑关系表示方法考虑到基于三角网格拓扑关系进行图形处理压缩，并充分运用了区域增长算法理论。以扇形带中三角形的相邻关系为切入点，对网格结构的三角形几何信息进行预测编码。扇形带的结构与目前图形处理单元的结构相宜，所以可以提高图形处理的实时性。

2.2 基于广义三角形带的三角网格数据压缩和多分辨率表示方法

广义三角形带指的是满足Hamiltonian（哈密尔顿）剖分条件的三角形集合。如果一个三角剖分对偶图是哈密尔顿通路或者回路，那么我们称这样的三角剖分为哈密尔顿三角剖分。广义三角形带可以利用图形处理单元结构特点提高处理效率，但不是所有三角网格都可以被描述成广义三角形带。举例说明，三角网格通常被表现为k个广义三角形带集合，三角形数量为m时定点数量为m+2k，每个顶点传输次数为2+4klm。在图形处理单元一端设置适当的缓冲区可以降低顶点被重复传输的次数，但固定大小的缓冲区在实际操作中受制于网格多样性特征而不能发挥效用，除此之外，过大的缓冲区也会导致顶点检索效率的下降。随着图形处理单元技术不断革新，显存与图形处理单元之间的传输带宽达到35 GB/s，传统缓冲区衍生出读写功能并伴随着显存容量的显著增加。除此之外，运用FIFO（先进先出队列）这样的顺序读写结构可以显著提高缓冲区数据的读写速率。基于广义三角形带的三角网格数据压缩和多分辨率表示方法利图形理单元一端的显示缓冲区作为缓存，使得顶点数据的重复传输和存储问题得到解决，同时运用先进先出队列提高缓冲区数据的读写效率，创新性地构造广义三角形带的区域增长算法，保证缓冲区只需要对公共顶点进行存储。

2.3 基于KD-树的点模型各向异性量化方法

如前文所述，量化是几何信息压缩的前提，以点模型为常用项的数据结构中，以空间分割的数据结构为基础，例如八叉树和KD-树，其中就包含了量化信息，几何信息压缩率通过充分利用这些信息得以提高。学者Botsch等人利用空间分割八叉树描述点模型，点的位置信息隐含在节点的层次中，每个节点代表一个8比特的编码，应用在二维流形体的表面上，这一方法使每个点的几何位置平均只需要8/3比特。节点的半径信息可以通过编码间接计算，因此不需要额外储存。学者Botsch等人在工作中使用的是各向同性的量化。各向同性的量化指的是采样点的坐标值x，y和z分量的精度相同。与之相对应的各向异性的量化则是采样点的坐标值x，y和z分量的精度不相同。各向异性的量化沿着坐标轴方向对空间进行的分割是均匀而不同步的。这意味着进行不同精度的量化，采样点的三个坐标分量的比特数可以依照采样点的分布而变化，使得冗余量大幅度下降。基于KD-树的点模型各向异性量化方法就是通过对采样点坐标分量的异性量化来降低集中点的数量，以达到点和多边形交叠显示的目的。利用节点易于将KD-树序列化，可以通过GPU进行解码从而使解码负荷下降。利用空间分割KD-树量化采样点的位置坐标这一各向异性的量化，在保持显示精度不变的前提下，降低采样点数量，并对数据进行压缩。通过引入节点边界盒的可见编码，运用十一位二进制数字对节点对应的几何坐标、法向量和节点尺寸等数据进行表达，使得模型数据量得到显著降低，同时也提高了图形处理的实时性。

3 结语

实时图形处理关键技术的研究在互联网高速发展的今天具有重要意义，作为图形处理的理论基础――几何压缩理论和图形处理单元三角网格数据结构毫无疑问地从诞生发展到现今，都在科学探索、工程设计、机械制造、模拟仿真、医药卫生等众多领域占据者重要地位，被广泛应用于处理计算机图形学以及相关领域中的三维几何数据，以达到完成和实现诸多成果的目的。本文在梳理几何压缩理论和图形处理单元三角网格数据结构相关概念后，探讨了图形处理中的关键技术：基于扇形带的三角网格拓扑关系表示方法，基于广义三角形带的三角网格数据压缩和多分辨率表示方法以及基于KD-树的点模型各向异性量化方法，通过对关键技术的创新应用探索以求实现图形处理实时性的提高。

参考文献

第3篇：计算机图形学关键技术范文

论文摘要：计算科学主要讲述了一种科学的思想方法，计算科学的基本概念、基本知识它的发展主线、学科分支、还有计算科学的特点、发展规律和趋势。

引言：随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，和计算科学的快速发展以及取得的大量成果。计算科学这一学科也也应运而生。《计算科学导论》 正如此书的名字，此书很好的诠释了计算科学这一学科，并且指导了我们应如何去学好这一学科。使得我们收获颇多。并且让我深深的反思了我的大学生活。正如赵老师书中所讲的：“计算科学是年轻人的科学，一旦你选择了计算科学作为你为之奋斗的专业类领域，就等于你选择了一条布满荆棘的道路。一个有志于从事计算科学研究与开发的学生，必须在大学几年的学习中，打下坚实的基础，才有可能在将来学科的高速发展中，或在计算机产品的开发和快速更新换代中有所作为。

什么是计算科学和它的来历

计算科学主要是对描述和变换信息的算法过程，包括其理论、分析、设计、效率分析、实现和应用的系统研究。全部计算科学的基本问题是，什么能（有效的）自动运行，什么不能（有效的）自动运行。本科学来源于对数理逻辑、计算模型、算法理论、自动计算机器的研究，形成于20世纪30年代的后期。

随着存储程序式通用电子计算机在上世纪40年代的诞生，人类使用自动计算装置代替人的人工计算和手工劳动的梦想成为现实。计算科学的快速发展以也取得大量成果，计算科学这一学科也也应运而生。

计算科学的发展

a、首先先介绍图灵机

图灵机的发明打开了现代计算机的大门和发展之路。图灵机通过一条两端可无限延长的袋子，一个读写头和一组控制读写头的（控制器）组成它有一个状态集和符号集，而此符号集一般只使用0和1两个符号。而就是这个简洁的结构和运行原理隐含了存储程序的原始思想，深刻的揭示了现代通用电子数字计算机的核心内容。现在通用的计算机是电子数字计算机，而电子数字计算机的发展是建立在图灵机的基础之上。他的二进制思想使计算机的制作的简化成只需两个稳定态的元器件。这在今后的计算机制作上无论是二极管或集成电路上都显示了明显的优越性。

b、计算机带动的计算学科

1946年随着现代意义上的电子数字计算机ENIAC的诞生。掀起了社会快速发展的崭新一页。计算机工作和运行就摆在了人们的面前。

1、计算机语言

我们要用计算机求解一个问题，必须事先编好程序。因此就出现了最早的机器指令和汇编语言。20世纪50年代后，计算机的发展步入了实用化的阶段。然而，在最初的应用中，人们普遍感到使用机器指令编制程序不仅效率低下，而且十分别扭，也不利于交流和软件维护，复杂程序查找错误尤其困难，因此，软件开发急需一种高级的类似于自然语言那样的程序设计语言。1952年，第一个程序设计语言Short Code出现。两年后，Fortran问世。作为一种面向科学计算的高级程序设计语言，Fortran的最大功绩在于牢固地树立了高级语言的地位，并使之成为世界通用的程序设计语言。Algol60的诞生是计算机语言的研究成为一门科学的标志。该语言的文本中提出了一整套的新概念，如变量的类型说明和作用域规则、过程的递归性及参数传递机制等。而且，它是第一个用严格的语法规则——巴科斯范式（BNF）定义语言文法的高级语言。还有用于支持结构化程序设计的PASCAL语言，适合于军队各方面应用的大型通用程序设计语言ADA，支持并发程序设计的MODULA-2，支持逻辑程序设计的PROLOG语言，支持人工智能程序设计的LISP语言，支持面积对象程序变换的SMALLTALK、C等。

2、计算机系统和软件开发方法

现代意义上的计算机绝不是一个简单的计算机了而也包括了软件（系统软件、应用软件）。各种各样的软件使得计算机的用途大大增强。而软件开发也成为了一个重要课题和发展方向。软件开发的理论基础即是计算模型。随着计算机网络、分布式处理和多媒体的发展。在各种高级程序设计语言中增加并发机构以支持分布式程序设计，在语言中通过扩展绘图子程序以支持计算机图形学程序设计在程序设计语言中已非常的流行。之后，在模数/数模转换等接口技术和数据库技术的支持下，通过扩展高级语言的程序库又实现了多媒体程序设计的构想。进入20世纪90年代之后，并行计算机和分布式大规模异质计算机网络的发展又将并行程序设计语言、并行编译程序、并行操作系统、并行与分布式数据库系统等试行软件的开发的关键技术依然与高级语言和计算模型密切相关，如各种并行、并发程序设计语言，进程代数，PETRI网等，它们正是软件开发方法和技术的研究中支持不同阶段软件开发的程序设计语言和支持这些软件开发方法和技术的理论基础----计算模型

3、计算机图形学

在计算机的硬件的迅速发展中。随着它的存储容量的增大，也掀起了计算机的巨大改革。计算机图形学、图像处理技术的发展，促使图形化界面的出现。计算机图形学是使用计算机辅助产生图形并对图形进行处理的科学。并由此推动了计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助教学（CAI）、计算机辅助信息处理、计算机辅助测试（CAT）等方向的发展。图形化界面的出现，彻底改变了在一个黑色的DOS窗口前敲代码输入控制命令的时代。同时也成就了一个伟大的公司Microsoft 。

4、计算机网络

随着用户迫切需要实现不同计算机上的软硬件和信息资源共享。网络就在我们的需求中诞生了。网络的发展和信息资源的交换使每台计算都变成了网络计算机。这也促进计算机的发展和广泛应用。

计算机学科的主线及发展方向

围绕着学科基本问题而展开的大量具体研究，形成学科发展的主流方向与学科发展主线和学科自身的知识组织结构。计算学科内容按照基础理论、基本开发技术、应用以及他们与硬件设备联系的紧密程度分成三个层面：

1、计算科学应用层

它包括人工智能应用与系统，信息、管理与决策系统，移动计算，计划可视化，科学计算机等计算机应用的各个方向。

2、计算科学的专业基础层

它是为应用层提供技术和环境的一个层面，包括软件开发方法学，计算机网络与通信技术，程序设计科学，计算机体系结构、电子计算机系统基础。

3、计算科学的基础层

它包括计算科学的数学理论，高等逻辑等内容。其中计算的数学理论涵盖可计算性与计算复杂性理论形式语言与计算机理论等。

计算机的网络的发展及网络安全

(1)计算机网络与病毒

一个现代计算机被定义为包含存储器、处理器、功能部件、互联网络、汇编程序、 编译程序、操作系统、外部设备、通信通道等内容的系统。

通过上面定义，我们发现互联网络也被加入到计算机当中。说明了网络的重要以及普及性。21世纪是信息时代。信息已成为一种重要的战略资。信息科学成为最活跃的领域之一，信息技术改变着人们的生活方式。现在互联网络已经广泛应用于科研、教育、企业生产、与经营管理、信息服务等各个方面。全世界的互联网Internet 正在爆炸性的扩大，已经成为覆盖全球的信息基础设施之一。

因为互联网的快速发展与应用，我们各行各业都在使用计算机。信息安全也显得格外重要。而随着计算机网络的发展，计算机网络系统的安全受到严重的挑战，来自计算机病毒和黑客的攻击及其他方面的威胁也越来越大。其中计算机病毒更是很难根治的主要威胁之一。计算机病毒给我们带来的负面影响和损失是刻骨铭心的，譬如1999年爆发的CIH病毒以及2003年元月的蠕虫王病毒等都给广大用户带来巨大的损失。

我们想更好的让计算机为我们服务，我们就必须很好的利用它，利用网络。同时我们也应该建立起自己的防护措施，以抵抗外来信息的侵入，保护我们的信息不受攻击和破坏。

( 2 )计算机病毒及它的防范措施：

计算机病毒是一组通过复制自身来感染其它软件的程序。当程序运行时，嵌入的病毒也随之运行并感染其它程序。一些病毒不带有恶意攻击性编码，但更多的病毒携带毒码，一旦被事先设定好的环境激发，即可感染和破坏。

、病毒的入侵方式

1．无线电方式。主要是通过无线电把病毒码发射到对方电子系统中。此方式是计算机病毒注入的最佳方式，同时技术难度也最大。可能的途径有：①直接向对方电子系统的无线电接收器或设备发射，使接收器对其进行处理并把病毒传染到目标机上。②冒充合法无线传输数据。根据得到的或使用标准的无线电传输协议和数据格式，发射病毒码，使之能够混在合法传输信号中，进入接收器，进而进人信息网络。③寻找对方信息系统保护最差的地方进行病毒注放。通过对方未保护的数据链路，将病毒传染到被保护的链路或目标中。

2．“固化”式方法。即把病毒事先存放在硬件（如芯片）和软件中，然后把此硬件和软件直接或间接交付给对方，使病毒直接传染给对方电子系统，在需要时将其激活，达到攻击目的。这种攻击方法十分隐蔽，即使芯片或组件被彻底检查，也很难保证其没有其他特殊功能。目前，我国很多计算机组件依赖进口，困此，很容易受到芯片的攻击。

3．后门攻击方式。后门，是计算机安全系统中的一个小洞，由软件设计师或维护人发明，允许知道其存在的人绕过正常安全防护措施进入系统。攻击后门的形式有许多种，如控制电磁脉冲可将病毒注入目标系统。计算机入侵者就常通过后门进行攻击，如目前普遍使用的WINDOWS98，就存在这样的后门。

4．数据控制链侵入方式。随着因特网技术的广泛应用，使计算机病毒通过计算机系统的数据控制链侵入成为可能。使用远程修改技术，可以很容易地改变数据控制链的正常路径。

病毒攻击的防范的对策

1．建立有效的计算机病毒防护体系。有效的计算机病毒防护体系应包括多个防护层。一是访问控制层；二是病毒检测层；三是病毒遏制层；四是病毒清除层；五是系统恢复层；六是应急计划层。上述六层计算机防护体系，须有有效的硬件和软件技术的支持，如安全设计及规范操作。

2．严把收硬件安全关。国家的机密信息系统所用设备和系列产品，应建立自己的生产企业，实现计算机的国产化、系列化；对引进的计算机系统要在进行安全性检查后才能启用，以预防和限制计算机病毒伺机入侵。

3．防止电磁辐射和电磁泄露。采取电磁屏蔽的方法，阻断电磁波辐射，这样，不仅可以达到防止计算机信息泄露的目的，而且可以防止“电磁辐射式”病毒的攻击。

4．加强计算机应急反应分队建设。应成立自动化系统安全支援分队，以解决计算机防御性的有关问题。

很多公司都有因为电脑被入侵而遭受严重经济损失的惨痛经历，不少普通用户也未能避免电脑被破坏的厄运，造成如此大损失的并不一定都是技术高超的入侵者所为，小小的字符串带给我们的损失已经太多。因此，如果你是数据库程序开发人员、如果你是系统级应用程序开发人员、如果你是高级计算机用户、如果你是论坛管理人员......请密切注意有关字符漏洞以及其他各类漏洞的最新消息及其补丁，及时在你的程序中写入防范最新字符漏洞攻击的安全检查代码并为你的系统安装最新的补丁会让你远离字符带来的危险。经常杀毒，注意外来设备在计算机上的使用和计算机对外网的链接。也可以大大有效的避免计算机被攻击。

总结

在学了计算科学导论之后，让我更深入的了解了我将来要从事的学科。计算科学导论指导着我们该怎么学习计算机。让我更清楚的知道我们信息安全专业的方向。正如计算科学这座大楼一样，在不断的成长。信息安全也必将随着网络的进一步发展而更多的被人们重视。总之学习了这门课之后让我受益匪浅，也知道自己应该好好努力，争取在自己的专业领域上有所成就。

参考文献

1、《计算科学导论》（第三版），赵志琢著 ，科学出版社2004版

2、《计算机病毒分析与对抗》 傅建明 彭国军 张焕国编著武汉大学出版社2004版

3、《计算机应用于基础》（第三版） 丁爱萍 著 西安电子科技大学出版社 2006版

4、《软件工程》 萨莫维尔 著 机械工业出版社

第4篇：计算机图形学关键技术范文

关键词:桥梁;软件;建模;OpenGL

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)18-5104-02

Some Key Techniques for 3DBridge Modeling System

YANG Jun

(China Zhongtie Major Bridge Reconnaissance & Design Institute Co., Ltd,Wuhan 430056, China)

Abstract: This paper introduces the design and some key techniques of the 3DBridge Three Dimensional Visual Modeling System and describes in detail the bridge structural model data change to the objects that are showed on the screen. In addition, this paper introduces the design of human-computer interaction of the system. Based on Windows, , VC#.net IDE and OpenGL, a three dimensional visualization system for modeling bridge was developed. It realizes the graphic modeling, 3-D graphic display and graphic mutual operation of bridge structural model.

Key words: bridge; software; three dimensional visual; modeling; OpenGL

现代的桥梁设计工作已经离不开各种桥梁分析软件,它们辅助桥梁设计人员对桥梁结构进行建模计算。桥梁空间分析软件3DBridge是我公司自行开发的桥梁设计计算有限元软件,可以用一个计算模型对桥梁建造的全过程进行数值仿真计算。单元类型包括直线梁单元、曲线梁单元、斜拉索单元、矩形薄板单元等。

桥梁空间分析软件3DBridge以数据文件的方式,建立桥梁结构分析模型,需要采集的数据种类多、数量大,并且该文本文件对输入格式有很多的要求,容易混淆与填错,填写完毕后也不能快速检查数据正确性,经常有计算程序无法正确读取文件,造成计算中断的情况。所以如何快速和正确的得到桥梁结构分析模型成了当务之急。

桥梁空间分析软件建模系统就是为了实现桥梁空间分析软件的工程计算可视化而开发的。工程计算可视化是科学计算可视化的一个重要应用方面。工程计算可视化从分析计算到图样绘制实现视算一体化,操作上强调接近设计过程,通过对图形的操作来修改参数、改变和引导计算进程,做出优化选择。桥梁空间分析软件三维可视化建模系统主要通过图形交互手段方便快捷的建立单元、节点边界条件和预应力钢束等,并把这些对象用三维图形来显示。它使桥梁分析计算与三维图形显示融为一体,通过观察桥梁结构三维模型,可以改变参数对桥梁基本特性的影响,达到对桥梁结构模型优化设计的目的。

本系统采用 Visual C#.net和Visual 混合编程语言, 利用三维图形软件标准接口OpenGL进行开发。

1 三维可视化建模系统设计

本系统的主要功能的实现依赖于OpenGL。OpenGL(Open Graphics Library,开放性图形库)是目前开发可交互的2D和3D图形应用程序的首选环境之一。它被设计为独立于硬件、独立于窗口系统,可以运行在当前各种操作系统之上。作为图形硬件的软件接口,OpenGL包括了100多个图形操作函数,分属于三个基本图形库,即基础库、使用库、辅助库。在基本图形库的基础上开发了图形基本单元,如长方体,空心圆柱体等。开发者可以利用这些函数或者基本图形单元来构造景物模型,进行三维图形交互软件的开发。

1.1桥梁空间分析软件中各种结构模型对象的显示

桥梁空间分析软件中一个桥梁结构计算模型包括各种结构对象,例如节点、直线梁单元、曲线梁单元、板壳单元、支承单元和板壳单元等,以及组成这些梁单元、板壳单元的截面对象。对于一个桥梁结构计算模型来讲,描述该桥梁结构的对象实际上是一些数据,比如节点,用三维坐标(X、Y、Z,三个浮点数)来表示;直线梁单元则包括两个节点、一个参考节点和它的截面信息;长方形板壳单元则是由四个节点、厚度和材料等数据来组成的;其他结构对象也类似。这些结构对象都是由一系列的数据和它们之间关系来描述,把这些数据所组成的数学模型转化成可以被显示的几何对象,再利用计算机图形学,把这些几何对象显示在屏幕上,从而辅助设计人员直观的发现模型中各个对象之间的联系,从而进行判断或操作。

1.2 丰富的人机交互设计功能

计算机技术最重要的进展之一就是使用户能同计算机显示系统进行交互。用户从屏幕上观看到一幅图像,然后利用鼠标或者是其他交互式设备对这幅图像上的某部分进行操作,图像则根据操作进行变化,用户再根据变化进行操作,两者交替、反复进行,直到图像中的内容符合用户的要求。本系统丰富了人机交互设计的功能,利用图形用户界面操作,直接操纵,所见即所得。比如,本系统中建立桥梁模型时,对梁单元等对象的点选、删除、复制和镜像等操作,就是用户根据图像上显示的梁单元所进行操作,操作后根据梁单元图像显示的变化,再进行下一步的操作,交替反复直到全部需要的梁单元建立好。这样就使得建模过程快速直观,建立得到模型可靠性大大加强。

1.3 输入和输出

为了使原来使用的计算建模文件能够导入到本系统的数据存储结构中,还开发了转换计算建模文件的功能,这样既可以把原来使用过的文件中的纯数字内容转换成直观的图形显示,又可以对新的计算模型有参考的作用。本系统在使用者建立完整的一个桥梁结构计算模型后,通过转换程序,生成3DBridge计算程序需要的一个接口文件,在对该文件的有效性进行判断后提交3DBridge计算程序进行计算。

2 三维可视化建模系统关键技术

2.1 平衡显示效果和显示速度

对于桥梁计算结构模型的数据转换为实际屏幕的显示,每种对象在显示质量和显示速度之间需要做一个平衡的选择,在不降低用户体验的情况下,尽量加快显示速度。 例如节点在计算数据中就是用一个三维坐标(X、Y、Z)来表示的,而在本系统中,在显示屏上显示应该是一个直径在1毫米左右的近似圆球。在一个桥梁结构模型中需要显示的节点比较多,一个大型的桥梁结构模型中有3-4万个节点甚至更多。要把显示效果和显示速度结合起来,在实际需要和显示之间就需要做一个折中。经过查找资料,总结得出四种方法来显示节点:1)直接使用OpenGL中的函数生成圆球;2)把圆球按照经纬线分割,再把分割线包围的小块使用对角线分成两个三角形的方法,用大量三角形模拟圆球;3)使用正四面体模拟圆球;4)使用正二十面体模拟圆球。经过测试,在计算机的中央处理器和显卡配置一样的情况下,显示速度从快到慢顺序分别是3421;显示效果由好到一般的顺序分别是1243 。如果直接采用圆球,虽然显示效果最理想,但是显著的降低了显示速度,比采用正二十面体要下降约70%的显示速度。而正四面体在显示屏上显示的时候,显示速度最快,但是尖锐的凸角缺少圆润,在显示屏上显示,旋转场景时,节点就会出现很多棱角,违背了节点应该显示为近似圆球的初衷。最后采用了正二十面体来代表节点,这种方法可以在显示效果和显示速度两者间达到平衡。对于正二十面体模拟的圆球凸角比正四面体的凸角要少尖锐趋于平滑,而正二十面体所需要的三角形二十个,比一般用经纬线分割的大量三角形模拟的圆球比较要少一到两百多个(根据经纬线划分疏密不等),渲染的时候显示速度就会更快。

节点的显示是梁单元或者板壳单元显示的基础。梁单元和板壳单元在桥梁结构模型中数量也是众多的,在一个大型的桥梁结构模型中梁单元多达上万个,板壳单元的数量有时也多达上万个。在本系统现阶段中,梁单元和板壳单元的显示做了一定程度的简化。目前,梁单元的显示省略了截面信息,板壳单元省略了厚度信息。用相对简单的结构来代替。梁单元利用连接两个节点之间的线段来代表梁单元。板壳单元由连接四个节点(板壳单元的四个顶点)的线段所组成的长方形平面来显示。图 1显示了一个规模较大的桥梁结构模型。

2.2 选择对象

在本系统人机交互的一个最重要的部分就是能够选择对象,例如,选择节点、梁单元和板壳单元等。OpenGL实现拾取的困难之处在于:不能直接从鼠标显示在屏幕上的位置按相反的方向去确定屏幕上离该位置最近的那个已绘制的图元。OpenGL使用一种称为选择模式(selection mode)的绘制模式来拾取。当进入这种模式并绘制场景的时候,指定的裁剪体中的每个图元都产生一个命中的消息。通常情况下,每个识别对象由一组图元组成的,然后要给组成这个对象的一组图元赋予名字,如果这个对象被选择,就需要把它的信息存储在一个称为命中列表的结构中,并在绘制过后检查该命中列表来获取选择操作所需的信息。[1]这样对于本系统的大量的图元和对象来讲,第一要赋予大量的对象名字,这一点对于本系统中并无必要;第二判断对象是否被选择,每次都要去遍历命中列表,当命中列表项目很多的时候会导致渲染的代码执行速度减慢。在本系统中简化了选择的操作,选择对象有两种方式:一种是拾取对象,另一种是选择对象。下面以选择对象来讲述本系统中实现选择操作的方法:首先根据鼠标绘制的长方形的平面选择框,得到四个顶点的二维屏幕坐标,然后根据选择的对象类型将所有该种类型的对象所包含的节点坐标经过变化和映射转换成二维的屏幕坐标,最后将这些坐标和选择框的四个屏幕的二维坐标进行比对,如果所有节点变换后的坐标在框内,就认为包含该节点的对象被选择,把对象的被选择的属性置为真,然后刷新屏幕,高亮显示被选择的对象。如图2所示,塔左边的斜拉索没有被选择以红色显示,而塔右边的斜拉索被选择,则以绿色高亮显示。

2.3 顶点数组和显示列表的结合使用

本系统的另外一个特点就是使用了顶点数组和显示列表[2],加快了桥梁结构模型的显示的速度。这点在大型桥梁结构模型的显示中显得格外的重要。大型的桥梁结构包括大量的对象,如果采取常用的显示方法一个一个对象来显示的话常常会造成显示速度低下,使用者的体验差等,比如一个简单的旋转的操作都会耗费不短的显示时间。而采用顶点数组和显示列表联合显示,将有效的改变这个情况。把每个对象的集合,例如节点集合使用顶点数组显示,然后把这个顶点数组放入到一个显示列表中,当重绘三维场景的时候,直接调用显示列表。

3 结束语

桥梁空间分析软件3DBridge三维可视化建模系统极大的增强了桥梁空间分析软件3DBridge的易用性。在桥梁结构模型的三维可视化过程中,使用了平移、旋转及缩放等图像处理技术,为灵活、有效的进行桥梁设计提供了新的手段。

参考文献:

第5篇：计算机图形学关键技术范文

关键词：WebGIS 房产测绘 三维 信息化

中图分类号：P2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（a）-0040-02

1 概述

1.1 房产测绘信息及其特点

地理景观对象从空间认知上可以分为两大类：一类是以场为基础的对象，如地形、土壤种类分布等，这类对象在空间上连续分布。另一类是以离散实体为特性的对象，如房屋、树等，这类对象以独立的个体而存在。

房产测绘信息包括房屋及附属建筑物、各类界线（房产界线、境界线）、各类房产要素相关点（控制点、界址点、境界点）、交通要素（公路、铁路等）、水体要素、绿化用地、其它要素等。但其中主要和最重要的组成部分无疑是房产建筑物。

房产建筑物边界清晰、功能完整属于离散实体的范畴。故而，房产测绘信息的主体信息—— 房产建筑物应该属于离散实体的范畴。房屋的特性除了离散性外，还有一大特点就是大多比较规则且具有相似性，尤其是大多数小区中的房屋形状、样式、外观基本相同。

1.2 基于WebGIS的房产测绘信息三维可视化的概念

可视化（Visualization）是指在人脑中形成对事物、现象的心像，是一个心理处理过程，促使对事物的观察力及建立概念等。三维可视化，是指运用计算机图形学和图像处理技术，将数据和运算结果转换为三维图形，并在屏幕上显示出来等一系列进行交互处理的理论、方法和技术。

房产测绘信息三维可视化是三维可视化技术在房产测绘领域的具体应用。房产测绘信息二维可视化是指利用计算机图形学、可视化技术、虚拟现实技术等以三维可视的形式表达房产测绘信息。房产测绘信息三维可视化应遵循着突出房产要素，淡化其他要素的原则进行。

因此，房产测绘信息三维可视化研究的重点应放在房产测绘信息的主体部分—— 房产建筑物的三维可视化上。

基于WebGIS的房产测绘信息三维可视化是指在WebGIS的环境下实现房产测绘信息的三维可视化。也就是说，用户可以通过Internet实时查看自己关心区域的房产测绘三维场景。其核心问题是如何在WebGIS环境下实现房产测绘信息区域三维场景的实时构建。

2 相关技术研究

房产测绘信息化技术如图1所示。

2.1 GIS技术

地理信息系统（Geographic Information System简称GIS）是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。

2.2 可视化技术

可视化（Visualization）是80年代后期由美国科学家提出并发展起来的一门新兴边缘技术。所谓可视化，就是对人脑印象构造过程的一种仿真，以支持用户的判断和理解，具体的说，它将科学计算过程中及计算结果所产生的数据转换为图形或图像信息。并可进行交互式分析。可视化技术成为信息爆炸时代人类分析和驾驭信息的有力工具。

2.3 虚拟现实技术

虚拟现实技术（VR）是当前计算机图形学的热点，首先应用在军事和航空领域，在技术产业化后，才被广泛应用到各个领域。虚拟现实技术的发展速度可以与电脑技术的发展速度相比拟。虚拟现实技术是三维可视化的主要应用技术，也将可能成为GIS三维可视化的核心。

2.4 WebGIS技术

WWW是目前Internet上发展最快的领域，也是Internet网上最重要的信息检索手段。早期的WebGIS页面（Home Page）主要用来传递静态HTML文档，后来由于CGI接口，特别是Java和JavaScript语言的引入，使得WebGIS页面可以方便地传播动态信息。近年来，动态网页技术有了飞速的发展，JSP，ASPNET等技术的出现大大便捷了WebGIS的开发。利用这些技术可以设计出具有动画、声音、图形/图像和各种特殊效果的WebGIS页面。

3 现有房产测绘系统问题研究

3.1 房产测绘信息三维场景WebGIS上实时构建难以实现

近年来，国内外关于地理信息可视化的研究主要集中在数字地面模型（DTM）和城区景观可视化的研究上。这方面的研究现在已取得了很多成果。诸如用数字形态学、分形学、小波理论等新兴理论和方法对三维建模和数据结构的改进和优化。

在二维场景的动态构建领域，有些研究仅实现了地形景观的动态构造，对于二维建筑物景观的实时构建则难以取得满意的效果，在WebGIS上实时构建则存在更多的问题，不光是要考虑二维景观的视觉效果，还要考虑三维景观的数据量及生成效率等。目前，二维建筑物景观的实时构建方面主要有以下技术。

（1）有学者引入了数字表面模型（DSM）进行了二维建模。但DSM方法更适用于连续（场）的二维模型的构建，在对离散实体的三维建模方面较欠缺。而且构建方法复杂，二维视觉效果一般。（2）有学者提出有CSG（几何构造体）要素或其他组合来表达城市建筑物。但CSG要素只能表达外形相对规则的建筑物，难以表达外形复杂的建筑物。更为主要的是，此方法采用的栅格的三维数据结构，构造成的三维景观数据最巨大，不适于WebGIS环境的要求。（3）有学者提出手工构建单个小区域三维景观，组成区域三维景观库，再将这些景观进行组合在WebGIS上生成用户关心的任意区域的三维场景。此方法不失为WebGIS环境下三维建筑物景观动态构建的一种有效的方法。

综上所述，房产测绘信息三维场景的WebGIS下自动构建还存在很多急待解决的难点问题。

3.2 传统枝术下房产测绘信息三维成果困难

目前广为采用的可视化包括两大类：一是利用现有的可视化软件，如IBM Visualization Data Explorer或结合Open Inventor等可视化系统。在建模时就考虑到数据模型要适合可视化软件的需要，必要时要进行转换。另一类是从底层开发专业性较强的三维可视化系统。通常是由Visual C+ +结合OpenGL来开发。传统技术的缺陷在于软件的开发周期长、投资大、数据兼容性差，尤其突出的问题是开发成果的问题。传统技术所开发形成的成果不能够实现网络，这大大地限制了软件的范围，同时也造成了信息传递的滞后，由于地理信息自身所具有的时间特性，这甚至会造成信息的失效。这在当前这个信息快速发展的时代是格格不入的。

3.3 现有的网上房产测绘三维场景没有和房产平面图有机结合

目前有些房产网站已经推出网上三维看房的业务。用户可以在三维场景中欣赏三维可视化小区、楼盘显示，还可以考察小区的外观形状、绿化程度、公共场所等，使得用户通过WebGIS浏览就能获得身临其境的感受。

然而这些网站大都是通过文字链接的形式链接到某三维场景，而没有提供通过房产平面图链接到某房产三维场景的服务，导致用户无法直接感受某小区或楼盘的地理位置。用户购房最关心的地段问题没有得到有效的解决，这正是此类网上三维景观浏览的致命弱点。

3.4 现有的网上房产测绘三维成果只能提供浏览功能

现有网上房产三维场景中的功能非常有限，一般只是提供三维景观的浏览功能的，无法使用户直接在二维场景中查询到所关心实体的属性信息，更无法根据自己知道的信息查询到相对应的实体。

4 需要研究的方向

4.1 实现WebGIS上实时提供房产测绘区域三维景观

三维可视化技术在各行各业的应用已经渐渐展开，在房产测绘领域也有着普遍的应用。三维可视化技术在房产信息管理的管理模式、信息应用范围和展示手段、成果输出等方面都带来的卓有成效的影响。目前房产测绘三维景观在Internet上的构建还停留在静态水平，也就是说如果需要某FX域的二维景观，则要预先构建，不能做到实时生成。研究的核心问题就是WebGIS环境下用户关心区域的三维场景实时构建，在系统支持下，不仅可以做到三维场景的实时构建，而且可以在WebGIS上实现。

4.2 实现房产测绘三维成果的快捷

已有的房产测绘三维景观往往是通过OpenGL等传统三维可视化技术构造，而这样生成的三维成果一般都不能够实现网络，这大大地限制了三维成果的范围，同时也造成了信息传递的滞后，由于信息的时效性，甚至会造成信息的失效。

房产三维场景网上的研究是利用WebGIS平台解决传统房产三维成果困难的窘境，使得房产三维场景可以廉价、快捷、有效、及时的通过Internet的呈现的广大用户面前。对房产信息管理的管理模式、信息应用范围和展示手段、成果输出等方面将带来革命性的变革，对于改变传统的房产信息管理工作方式，使房产信息管理更加自动化、更加富有表现力方面，具有相当广泛的应用前景。

4.3 满足用户网上三维看房的要求

目前有些房产网站已经推出网上看房的业务。但大多数观看的都是二维的房产平面图。此类看房网站虽然可以满足用户查看地段及周围环境的要求，但终究无法提供形象、直观的三维场景使用户有身临其境的感受。本系统可以根据用户的要求实时生成三维房产测绘场景，并通过Internet实时到用户的浏览器。并且可以浏览、飞行、鸟瞰该三维场景，同时提供空间查询功能。可以满足大多数用户不到现场就能看房的要求。

4.4 为数字城市的研究提供借鉴

数字城市的基础之一是地理空间数据，包括二维数据和三维数据。二维数据的可视化问题已基本解决，剩余的问题属于艺术的范畴，二维数据的可视化或者说虚拟现实技术目前仍是一个难点。如何高效逼真地显示“数字城市”是急待解决的一个问题。

房产测绘的任务绝大多数是在城市中开展，房产测绘信息的主体是房产建筑物。而数字城市建设的核心任务之一就是建筑物的三维可视化，因此房产测绘信息二维可视化的研究对于数字城市的建设可以提供借鉴。

参考文献

第6篇：计算机图形学关键技术范文

【关键词】3D；sound

虚拟现实技术是近年来十分活跃的研究领域之一，是一系列高新技术的汇集，这些技术包括计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术以及高度并行的实时计算技术，还包括人的行为学研究等多项关键技术。虚拟现实技术在军事、航天、医学、教育、娱乐等领域具有广泛的应用价值。为了让用户产生更加强烈的沉浸感，在生成’-图形的同时，还可以提供逼真的’-声音效果。作为虚拟现实系统中必须的部分，虚拟声音系统的研究也受到了极大的重视。DirectSound 3D是微软公司所推出的，它利用声音大小的比例调整多卜勒效应，来达到以软件来模拟3D音效的效果，创立了在三维空间定位音效文件的标准方式。任何应用程序透过它和支持DirectSound 3D的声卡，便可以获得所需的效果。由于这是许多声卡厂商与微软共同制定的，现在大部分的声卡都支持这项技术。本文利用Directsound 3D技术实现虚拟环境实现声音效果。

1.仿真原理

Directsound 3D是通过软件模拟来实现3D音效的，所以要先讲一下Dsound 的3D模拟空间。这个空间类似现实空间，可以用笛卡儿坐标系来描述Dsound 的3D空间，有x，y，z三个坐标轴坐标轴。

在这个模拟空间中Dsound提供了模拟的声源对象和倾听者对象（listener），声源和听者的关系可以通过三个变量来描述：在三维空间的位置，以及运动的速度，以及运动方向。

位置即声源和听者在三维空间的所在位置，随着两者的相对位置不同，则听者便会听到不同的声音效果。

速度为声源和听者在三维空间中的移动速度，此项特性同样会改变两者在空间的坐标，以产生不同的声音效果。

声源和听者相对运动的方向也会影响听者听到的声音效果，因为声音是具有方向性的。这个下面会谈到。

知道了3D声源以及3D环境中的听者，那么怎么产生3D音效呢？一般来说，在产生3D音效的时候，主要有下面的几种情况，一是声源不动，而听者在模拟的3D空间进行运动，二是听者不动，让声源在模拟的3D空间进行运动，三是听者和声音同时在运动。如下图1、2所示。

Directsound给我们提供了听者和声源对象的接口，我们可以通过上面提到的三种方式设置改变声源或者听者的位置，运动速度和方向就可以形成3D音效了在3D环境中，我们通IDirectSound3DBuffer8接口来表述声源，这个接口只有创建时设置DSBCAPS_CTRL3D标志的Directsound buffer才支持这个接口，这个接口提供的一些函数用来设置和获取声源的一些属性。在一个虚拟的3D环境中，我们可以通过主缓冲区来获取IDirectSound3DListener8接口，通过这个接口我们可以控制着声学环境中的多数参数，比如多普勒变换的数量，音量衰减的比率。

2.设计方案

3.仿真结果

根据上述介绍的方法， 采用D irectSound维声音程序初始界面具， 在V isual C+ + 6.0 中实现了程序的具体实现。通过下拉菜单可以测试三维声音在不同角度的效果。这样就可以利用D irectSound 技术， 通过VC6. 0 编程对三维声音进行了实时仿真， 程序较好地实现了声音的三维效果。

参考文献

[1]B radley Bargen，Peter Donnelly Inside D irectX[M].北京：北京希望电子出版社，1999.

[2]何正伟，杨宏军，花传杰.实时三维声音仿真系统的设计与实现[J].计算机应用研究，2002，19（1）：23225.

第7篇：计算机图形学关键技术范文

【关键词】 解剖学；教学；门腔静脉分流；三维可视化

随着数字化可视人体数据集的诞生，使得在计算机上实现对肝脏静脉系统三维重构成为可能，在此基础上利用血管的三维重建图像导航模型指导手术规划和路径设计，将提高手术准确率、降低手术风险，推动肝内门腔静脉分流介入手术向着微创化、精确化的方向深入发展。利用数字化可视人体三维模型，借助计算机辅助医学的关键技术在计算机上事先进行手术模拟，在介入治疗教学培训中针对具体患者制定详细的手术计划方案，实施有效的手术操作演练具有重要临床意义［12］。

1 图像数据计算机三维重建

肝内静脉血管介入手术规划是利用医学图像数据进行计算机三维重建，构造三维模型可视化平台进行治疗方案、手术入路、穿刺路径的设计。为适应介入放射治疗手术学发展的需要，开发介入手术模拟和疗效评价的计算机辅助手术系统以减少医患辐射损伤、培训介入医师及提高手术的成功率和安全性。应用可视化和虚拟现实技术深入了解、描述肝内管道，特别是肝内门腔静脉管道系统的复杂结构，开发肝内静脉管道虚拟解剖模型，研究基于计算机辅助的经颈静脉肝内门腔静脉分流术及改良术式模拟训练系统可视化平台，具有重要的理论意义和临床应用价值。本实验拟通过经颈静脉至肝内静脉系统建模的三维重建及可视化显示，观测介入导管经颈静脉、头臂静脉、上腔静脉、右心房、下腔静脉至肝内静脉的管道内走行，研究门静脉与肝静脉、肝后段下腔静脉之间的空间关系；应用Amira 4.1软件，模拟介入导管在静脉内的虚拟内窥镜漫游路径，观察管道内三维空间结构及其毗邻关系；将获取的三维数据导入3D Studio Max 8.0软件，设计经颈静脉肝内门腔静脉分流术及改良术式介入导管的虚拟穿刺路径的可视化模型，为构建基于计算机辅助的肝内门腔静脉分流介入手术模拟导航训练系统和虚拟介入手术提供立体形态学基础。

2 虚拟内窥镜技术在教学培训中的应用

2.1 虚拟内窥镜技术

三维可视化图像后处理技术-虚拟内窥镜，是融合多学科技术，利用医学图像作为原始数据模拟传统光学内窥镜，可任意的设置多方位、多角度进行观察，克服了传统光学内窥镜需把内窥镜体置入人体内的缺点，是一种完全无接触式的检查方法，另外，虚拟内窥镜不仅能观察中空器官的内表面，而且可以提供表面内部或外部详尽的解剖信息应用于影像辅助诊断、介入手术规划等，实现手术的精确定位和对医务人员的培训等功能［34］。虚拟内窥镜技术由人体断层图像数据集通过虚拟成像和可视化技术构造一个虚拟环境，通过对这些原始数据进行图像配准、分割、插值变换等处理后，组合成三维实体，通过建立三维可视化模型显示管道内腔的立体结构图，再把视点置入人体器官内甚至血管的虚拟环境中，通过调整视角、调节焦距进行任意角度和视点的漫游，对视点前方管道内的解剖结构进行动态绘制和显示，并实时生成高质量的虚拟内窥镜影像，在计算机辅助医学、介入手术规划、外科手术导航等领域有着广阔的应用前景。

2.2 颈静脉虚拟内窥镜技术

在经颈静脉肝内门腔静脉分流术三维可视化模型上，应用虚拟内窥镜技术克服了传统内窥镜在静脉管道内操作空间及范围限制的缺点，可以显示静脉管腔壁内结构的三维形态，应用虚拟内窥镜放大功能较传统内窥镜还可以对漫游路径感兴趣的结构或区域进行细致的分析。漫游路径是虚拟摄像机移动和获取内窥镜图像的重要基础，目前，较为常用的方法是提取管腔器官中心线作为漫游路径。早期的虚拟内窥镜漫游实际是连续祯的动画效果，而非实时交互成像，在视觉上适合于教学需要，但不适应临床介入手术的需求，血管介入治疗需要虚拟内窥镜能对局部感兴趣的区域进行仔细观察和科学评估［56］。本实验在图像工作站上，通过三维可视化技术获取经颈静脉至肝内门静脉管道的立体结构数据，采用手动式漫游和规划式漫游两种方式进行虚拟内窥镜观察。后者首先进行路径的规划，抽取对应管腔结构的中心路径，按照这条路径设置关键点进行漫游，可提供实时、交互、多角度的静脉管道内观察效果。针对个体特点按照不同的要求及相关介入手术穿刺入路的需要，应用虚拟内窥镜从不同的显示角度对静脉管道内及相关结构的形态、空间位置及毗邻结构进行观测，将有利于介入治疗前手术穿刺入路的设计和术中穿刺的适时指导，这方面的形态解剖资料对经颈静脉肝内门腔静脉分流术具有重要的临床应用价值。

2.3 三维可视化技术

应用的虚拟内窥镜技术是基于患者的CT和MRI影像数据，进行三维可视化处理后由计算机显示连续的三维器官内腔结构视图，使用者可以沿这个虚拟的内部空腔做飞行观察，模拟传统的内窥检查过程，所看到的景象就像用视频内窥镜观察到的一样，甚至还可以显示解剖结构的三维外观图像以及各个方位的CT 和MRI 切片图像，具有实时性和交互性的优点，但是由于断层数据来源于影像灰度图像，清晰度较低，且层间距较厚，三维数据显示也不完全。采用数字化可视人体技术采集的连续薄层尸体标本断面图像数据，进行经颈静脉至肝内静脉解剖模型的精细三维构建和科学可视化，并在此基础上完成虚拟内窥镜观察和介入手术模拟。真彩色断层图像断面解剖结构清晰，断层图像间距可达0.1 mm，像素点间距离167 mm，三维可视化结果真实而准确，确保了数据及三维结果的科学性和完整性［79］。应用可视化人体数据集建立基于正常健康成年人体的标准虚拟内窥镜环境，可与临床结果对照研究，提供正常形态学数据和技术支持，有助于学员对肝内静脉介入手术所涉及复杂解剖结构的掌握。

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3 肝内门腔静脉分流虚拟穿刺

3.1 模拟手术训练

手术模拟器进行人体内的重要区域和结构的手术模拟，为介入手术技能培训的实施提供了理想途径，介入手术前的模拟训练还可以进行预期手术前的规划设计，以期获得更高的疗效和安全性。手术模拟是一个虚拟现实技术的应用系统，它将高分辨率、高对比度的图像采集技术、新颖的计算机图形学的算法，与图像数据相关联的物理建模技术和实时、高性能多处理器计算机图形学系统融合在一起，借助计算机影像设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，从而产生身临其境的感受和体验。而可视化技术是利用人类的视觉特性，运用计算机图像学技术，将科学计算过程中产生二维断层图像序列形成三维立体数据进行处理，重构出具有直观立体效果的空间三维形态结构图像，并在计算机上形象地显示出来。这些三维可视化技术的具体应用，为血管介入放射学的进一步拓展奠定了坚实的基础，与此同时也对进行肝内管道可视化的深入研究提供了更广阔的应用空间。

3.2 介入放射学模拟训练

介入放射学模拟训练系统分为血管介入放射学模拟训练系统和非血管介入放射学模拟训练系统两类，目前开发的模拟训练系统以前者为主。数字医学图像实验室开发的一种神经介入放射学训练和治疗前系统―NeuroCath，它是一种以虚拟影像引导的神经介入放射学治疗过程的计算机辅助训练系统，提供了一套脑血管介入治疗前的虚拟现实环境，该环境类似于血管造影装置并允许介入医生利用介入装置在虚拟环境中进行交互虚拟血管介入操作；冠状动脉介入治疗综合训练系统ICTS(Interventional Cardiology Training System)，具有图像融合、实时交互等功能特点，选择真实导管在三维解剖结构基础上进行操作的选择性左、右冠状动脉导管插入术和血管成形术［811］。本文所使用的Amira 4.1软件的这一版本在基本功能的基础上增加了应用于虚拟现实的高级可视化功能－虚拟现实模块，集成到虚拟三维交互沉浸式场景，让你体验置身于三维空间的真实感觉。

本文通过在三维重建的基础上进行肝内管道的可视化研究探索，在模拟经颈静脉肝内门腔静脉分流手术过程中设计导管路径、研究穿刺过程中精确测定各种数据的计算方法，利用这套工具能够以类似于内窥镜在管道内浏览的方式，对医学三维数据进行分析与研究提供技术支持，为下一步建立经颈静脉肝内门腔静脉分流术模拟训练系统和虚拟手术系统奠定了立体形态学基础。

【参考文献】

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［8］ 张绍祥，王平安，刘正津.首套中国男、女数字化可视人体结构数据的可视化研究［J］.第三军医大学学报，2003，25(7):563-565.

［9］ 张绍祥，刘正津，谭立文，等.第三例中国数字化可视人体数据集采集完成［J］.第三军医大学学报，2003，25(10):794-796.

［10］ Xie L，Dai PD，Zhang TY.The application of virtual reality technology to ear microsurgery［J］.Journal of Shanghai Jiaotong University，2004，29(3):65-68.

第8篇：计算机图形学关键技术范文

关键词：机器人；人脸识别；人脸检测与定位；人脸跟踪；CamShift

1 引言

目前，机器人的高度智能化和自主化是机器人学中两个重要的研究方向，随之而来的应用也越来越广泛。2008年北京奥运会曾使用过三种机器人：福娃机器人、翻译机器人和安保机器人。2011年3月，里氏9.0级地震引发日本福岛第一核电站发生核泄漏事故，图1为遥控机器人“Packbot”正在福岛第一核电站3号反应堆所在建筑内进行拍照、测量放射水平等工作。

1.1 救援机器人的基本功能模块

作为救援机器人，一般有用户控制，自主决策控制，传感/基础决策，运动/执行等几个子系统组成[1]，其结构如图2所示。其中视觉系统实现对环境的实时感知，是救援机器人系统组成的重要部分。救援机器人通过摄像机等视觉传感器获取现场环境的二维图像，并利用视觉处理器进行分析和解释，让救援机器人能够识别物体并确定其位置。运动控制系统和执行系统远端PC和车载PC的控制命令完成执行动作，车载PC则对各个系统进行协调和控制，并与远端PC共同实现智能化的推理和决策。

本文提出了一种将人脸检测、定位和跟踪功能加入到视觉系统中的可行的模型，即通过主动摄像机从各种不同的场景中检测出人脸的存在并确定其位置，然后驱动摄像头做出反应。

1.2 研究的目的和意义

本研究基于救援机器人视觉系统中的人脸检测、定位和跟踪，但却有着人脸识别的普遍意义[2]，主要以下两个方面：

1.2.1 促进相关学科发展

人脸检测、定位和跟踪问题的解决既涉及到模式识别，图像处理、分析与理解、计算机视觉、计算机图形学、人工智能、人机交互等计算机相关领域，也采用了认知科学、神经计算、生理学、心理学等相关专业知识。它的解决对构建这些学科领域的基础实验平台，用于尝试新方法，验证新理论，解释新现象非常有利。它还是一个非常好的教学平台，通过它可以使学生将理论与实践相结合，提高学生的动手能力、创造能力和综合能力，符合目前国家提倡的课程改革与素质教育的要求。

1.2.2 具有巨大的应用前景

如今，需要进行身份认证的地方越来越多，如在银行的ATM上进行金融业务时需要输入密码，进入自己的计算机系统则需要输入用户名和密码，登录电子邮箱时的用户名和密码等等。但是，目前采用的身份证、钥匙、用户名、密码等方式，安全性、可靠性和方便性较差。人脸识别作为一种典型的生物特征识别技术，以其自然性、高可接受性等优点受到了人们的青睐，可应用于各行各业中，具体来说可分为如下几类：

⑴访问控制。在安全性要求较高的地方如政府、医院，或某些公共场所，可以建立无门卫的门禁系统。

⑵司法应用。常见的是嫌犯（mug shot）识别，基本方法是对比目标特征和数据库存贮特征的相似性。

⑶电子商务。在在线金融、贸易活动中，人脸识别可以提供客户的身份认证，并保证商业活动无拒付地良性运转。

⑷视频监控。利用人脸识别技术，监控者可以从大街上或进入大楼、机场的人群中找到自己要找的人。

2 图像处理

2.1 人脸检测与定位系统的构成

人类感知外部世界是通过视觉、听觉、触觉和嗅觉等感觉器官，对于救援机器人，则是通过视觉系统来模拟人类视觉功能，其中大量运用了数字图像处理、计算机图形学等技术。救援机器人视觉系统主要包括数字图像获取、图像预处理、特征提取和图像识别等几个功能模块，如图3所示。

在数字图像获取阶段，通过光学成像和数字化将救援机器人周围的场景转化成数字图像；在预处理部分，利用图像滤波、几何变换、像素插值等方法将数字图像进行初步调整，使之成为易于检测和定位的图像；在特征提取部分，对图像进行抽象化，从而将图像的纹理特征、颜色特征、形状特征[3]等提取出来；在识别部分，系统将上一步获得的特征与数据库中的特征进行模式匹配，从而在图像中找到感兴趣的目标并进行定位。

2.2 图像分割方法

利用救援机器人的摄像头，经过预处理便得到所需的图像。怎样从图像中获得我们感兴趣的目标区域，是人脸检测和定位的关键步骤。本文利用图像分割技术对目标进行特征提取和参数测量，进而实现人脸检测和定位。图4列出来了常用的图像分割方法。

3 人脸跟踪和电机控制方法

3.1 人脸跟踪算法

人脸检测和定位完成后，得到人脸图像区域。然后使用CamShift算法[4]（Continuous Adaptive Mean-Shift，即连续自适应MeanShift算法）跟踪人脸。CamShift算法利用目标的颜色直方图将图像转化为颜色概率分布图，初始化搜索窗口的大小和位置，然后根据上一帧得到的结果自适应调整搜索窗口的位置和大小，进而定位出当前图像中目标的中心位置。算法分为三个阶段：

3.1.1 计算色彩投影图（反向投影）

⑴将图像从RGB空间转换为HSV空间，以减少光照亮度的变化对跟踪效果的影响。

⑵由于HSV中的H分量可以表示颜色信息，因此对其作直方图统计，直方图代表了不同H分量取值出现的概率或者像素的个数，就是说可以计算出H分量大小为x的概率或者像素的个数，即得到了颜色概率查找表。

⑶将图像中每个像素值用其颜色出现的概率替换，由此得到了颜色概率分布图。

这个过程叫做反向投影，需要注意的是颜色概率分布图是一个灰度图像。

3.1.2 meanshift算法

meanshift算法是一种密度函数梯度估计的非参数方法，通过不断迭代寻优找到概率分布的极值来定位目标。其过程分为4步：

⑴在颜色概率分布图中选取搜索窗W。

⑵计算零阶矩：

计算一阶矩：

计算搜索窗的质心：

⑴调整搜索窗大小：宽度为 ；长度为1.2s。

⑵移动搜索窗的中心到质心，如果移动距离大于预设的固定阈值，则重复上述2，3，4步，直到搜索窗的中心和质心间的移动距离小于预设的固定阈值，或者循环计算的次数达到某一最大值，则停止计算。

3.1.3 CamShift算法

CamShift算法就是在视频序列的每一帧中都运用meanshift算法，并将上一帧的结果，即搜索窗的大小和中心，作为下一帧meanshift搜索窗的初始值。如此不断迭代，就可以实现对目标的跟踪。算法过程分4步：⑴初始化搜索窗。⑵计算搜索窗的颜色概率分布（反向投影）。⑶运行meanshift算法，获得搜索窗新的大小和位置。⑷在下一帧视频图像中用第3步中的值初始化搜索窗的大小和位置，再跳转至第2步继续进行。

3.2 电机控制方法

本系统可以根据人脸区域的中心与图像中心的距离，发送控制命令到伺服电机的驱动器，使摄像头产生转动，从而使人脸始终位于摄像头图像的中央位置。通过多次试验，得到人脸在摄像头图像的位置与电机转动角度之间的对于关系，并将其作为驱动电机转动角度的映射函数。

4 结束语

本文提出了一种在救援机器人中实现人脸检测、定位和跟踪的可行方案。介绍了人脸检测、定位的关键技术和人脸跟踪算法。此思想可以加以推广和移植，如应用于复杂环境下障碍物的识别、采摘机器人的果实识别、家用机器人动态手势的识别等等。

[参考文献]

[1]Hao Zhao，Zhijie Liu.Design and Implementation of Wireless Communication Subsystem in WLAN-based Rescue Robot，International Conference on Internet Technology and Applications，Wuhan，China，August 21-23，2010.

[2]何良华.人脸识别中若干关键技术的研究，博士后论文.同济大学，2007.

[3]郑秋梅，王红霞，刘康炜.基于边缘和颜色特征的图像检索技术[J].微计算机应用，2008年11月第29卷第11期.

[4]Bradski G puter vision face tracking as a component of a perceptual user interface[C].Proceedings Fourth IEEE Workshop Applications of Computer Visio n. Berlin，Germany，1998：214-219.

第9篇：计算机图形学关键技术范文

关键词 GIS技术 三维可视化 数字模型 虚拟战场地形

0 引言

近年来，随着GIS和虚拟现实（VR）技术的发展，军事演习和指挥决策在概念上有了新的飞跃，通过建立虚拟作战实验室来进行军事训练和研究。利用基于GIS三维动态可视化仿真技术，场景建模技术和图形图象处理技术，开发出关于某一特定的战场地形区域的真实全面的虚拟战场地形环境系统，使指挥人员有身临其境的体验。

1 GIS及其可视化原理

1．1 GIS简介

地理信息系统（GIS）是一门地学空间数据与计算机技术相结合的新型空间信息技术。它以空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间数据进行采集，管理，操作，分析和显示，并采用地理模型分析法，适时提供多种空间和动态地理信息的计算机系统。近几年来把GIS技术用到军事上的战场地形的研究已经取得了不少的进步。

1．2 基于GIS的图形表达

GIS中的图形以矢量表示和存储的。图形的实质就是空间点在三维平面的投影，可以分解为：点，线，面，体等几种不同的图形元素。因为矢量化图形的各个部分可以用数学的方法加以描述，可以对其进行任意的变换，放大，缩小，旋转，变形，移位，叠加等，并保持图形的空间拓扑关系不变。而且矢量图形的基本组成是点，线，面，体，可以进行单独定义，控制，操作，分析，查询图形对象的空间信息及其相关的属性信息。

1．3 基于GIS的战场地形信息的组织

GIS将空间实体对象用空间数据和属性来共同描述并分别存储。前者描述实体的数据和拓扑关系等，后者描述实体的属性和两者的关联标识，空间数据和属性数据通过内部代码和用户标识码作为公共数据项连接起来，使得空间对象的每个图元与描述图元的属性一一对应起来（如图1）。利用GIS特有的混合空间数据组织形式为反映战争中复杂的地形环境提供了条件。战场数字建模是把客观存在的战场地形环境实体在计算机中用真实的空间位置来表示，实现了地形空间实体与属性数据一一对应（如图2）。

2 三维虚拟战场地形的可视化数字建模

2．1 DEM地形数据的组织和表达

地表数字地形模型（Digital Terrain model，即DTM）是虚拟战场地形模型的重要组成部分。三维地形数据结构是构造虚拟战场地形环境的基础，关键技术是DEM（数字高程模型）的表达。对DEM数据的组织较多的用不规则三角网（Triangulated Irregular Network，即TIN）模型或规则网格（GRID）模型（如图3）。TIN模型是由分散的地形点按照一定的规则构成的一系列不相交的三角形网组成，所表示的地形表面的真实程度由地形点的密度决定，并能充分表现高程细节的变化，适合于地形复杂的地区。TIN可以利用原始高程点重建地形表面，地形平坦的地方多边形较少；复杂的地区多边形较多，对地形的描述具有很好的合理性。GRID模型具有较小的存贮量和简单的数据结构。

对复杂的战场地形的建立一般用TIN。TIN的存贮采用文件集的形式，每个文件存贮网格的节点坐标，高程坐标，节点号，空间索引标识，边界，渲染和文件指针等信息。建立地形实体DTM一般由地形等高线原始数据按一定的算法生成TIN。算法包括Delaunay三角形的分治算法，点插入法和三角网生长法。这些算法都遵循以下原则：

a)TIN的唯一性。

b)使每个三角形尽最大可能接近等边三角形。

c)三角形的边长总和最小。

对初始的TIN，应消除由于等高线数据过于密集或采集信息缺少而形成的细小的，狭长的三角形，来提高TIN的精度。

根据GIS地形信息组织的基本原理，对TIN的数据结构的组织，采用了面向对象的程序设计思想，以Visual C++6.0 为开发语言，设计了CTinLine三个点的主要成员。

1． 测量点类：

Class CsurveyPoint: Public CObject

{.............

Float x， y， z; //点x ，y ，z的三维坐标，由数字勘测系统外业获取

Int SvyPtID //点的ID号隐含属性信息

CsurvyPoint *Next; //单向链表，用于数据管理

..........操作函数.......

}

2. 三角形边类

Class CtinLine: Public CObject

{.............

CsurvyPoint *P1， *P2; //指向三角形的两端点

int TinLineID; //三角形边的ID号

int left ， right; //三角形的左右三角形号

CtinLine *Next; //指向下一个节点索引的指针，形成单向链表

................

}

3. 三角形CTIN类

Class CTin: Public CObject;

{.............

CsuryPoint *P1， *P2， *P3；

或CtinLine *TL1， *TL2， *TL3; //三角形三个点或三条边的指针

int Tr1， Tr2， Tr3; //三角形三个相邻的三角形的索引值

Ctin *Next //下一个三角形的索引，形成单向链表

..............

}

所开发三维地形仿真成图系统建立的不同的TIN数目的地形平面模型图（含高程值）如图4 图5所示。

2．2 地形实体的数字建模

用GIS的空间数据组织结构实现地形环境实体的数字建模。按照地形对象的属性，可以将地形对象分为点，线，面，体四类数据结构来表达。

下面给出某山体地形环境的存贮结构：

Struct HillPart {

int Part_ID; //山体局部标识

char Part_Code; //山体局部编号

Struct Body *BodyList; //山体局部数组

Attributes_List //山体局部属性列表

}

Struct Body {

int Body_ID; //体标识

int Part_ID; //包含该体的山体局部标号

char Patt_Code; //山体局部编号

int Body_Type; //体构造类型

Struct Mesh *MeshList; //构成体的面数组

Attributes_List; } //体属性列表

Sruct Mesh {

int Mesh_ID; //面标识

int Body_ID; //包含该面的体标识

char Part_Code; //山体局部编号

int Mesh_Type; //面构造类型

Srucut Line *LineList; //构成面的线数组

Attributes_List; //面属性列表

}

Struct Line {

int Line_ID; //线标识号

int Mesh_ID; //包含该线的面标识

char Part_Code; //山体局部编号

char Line_Type; //线构造类型

Struct Point *PointList; //构成线的点的有向数组

AttributesList; //线属性列表

}

Srtuct Point {

int Point_ID; //点标识号

int Line_ID; //包含该点的线标识

char Part_Code; //山体局部编号

double x; //x， y， z

double y; // 坐标

double z;

AttributesList //点属性列表

}

3 三维数字地形模型的可视化操作与分析

3．1 三维数字地形的动态显示

为了达到逼真的显示效果，在三维几何模型上叠加实物影象数据。地形的纹理的构造可由TIN模型中的三角形与山体的正射影象图的扫描坐标匹配，从而取得三角形内影象的恢度值或RGB值，然后把数据叠加到TIN模型上，由此得到真实光照和表面纹理的显示效果。为了提高三维地形模型的显示速度和效果，以及为了降低纹理贴图时，影响数据的量，使用视点相关的动态多分辨率纹理模型（View-dependent and Multi-resolution Texture Model）。距离观察者远近不同的区域其纹理分辨率不同，即影射的距离观察者较远的区域，其纹理具有较低的分辨率，相反具有较高的分辨率，这也符合视觉原理。（具体算法可参照文献[4]）

观察者远距离（在高空中）观察看到的是粗略的地形；近距离观察的是细微的地形。在虚拟的战场地形环境中要表现这一特点，实现地形的动态地近乎人性化的显示用了一种叫做视相关的实时Lod地形模型的多分辨率显示技术（View-dependent and real-time LoD model of Multi-resolution terrain Rendering）。

在距离视点较近时用较多的多边形描述；较远时用较少的多边形描述。可以平衡图形负载，符合场景的真实地表现的特点。（该技术的详细介绍可参阅参考文献[5]）

3．2 可视化的三维数字地形查询

实现查询的前提是数字模型的空间数据与属性数据的一一对应。问题是二维屏幕显示的点和三维模型的实际点不是一一对应的。这就必须用计算机图形学的知识进行二维到三维的转化。若屏幕捕获到的点对应着地形点的坐标，到对应的真实三维坐标。 即

（其中为三维到二维投影的变换矩阵）。若鼠标捕捉到对应的属性信息为山体的ID号。则由以下语句可实现山体属性的查询。

Select ( *， * ， from datebase ， where ID="***")

这样就实现了数字地形的空间图到属性的查询。

3．3 三维空间地形数据的分析

主要给出地形剖面绘制及空间距离量测的方法。由鼠标在显示的三维数字地形DTM上任取两点由可视点判别法得到对应的实际的地形的三维坐标，。 根据它们的平面位置和TIN模型存贮的数据结构和所在的TIN模型的三角形编号，由起点和终点的三角形位置和连线，可以得到与该连线相交的三角形的编号，从而求得剖线与一系列三角形相交的点的三维坐标把这些点两两相连构成一条三维曲线。选取合适的比例尺可以绘制出 两点的地形剖面图。并由公式：

计算出两点的空间距离（沿地形面的两点直线距离）。

4 结束语

把GIS的三维动态可视化技术引进到虚拟战场地形环境中去，以数据的直观可视 化为出发点来形象地描述战场地形的特征，并能实现查询 分析 功能，为全面准确快速掌握战场的实时地形信息，提供了有力的工具。 6参考文献

[1] 邬伦 刘瑜 马修军 韦中亚 田原，地理信息系统原理方法和应用 科学出版社，2002。

[2] 刘建永 王源等，战场环境信息学 理工大学工程兵工程学院 2002

[3] 王源，数字勘测技术 理工大学工程兵工程学院 2001

[4] 杨必胜 李清泉 史文中 三维GIS中多分辨率文理模型研究 中国图形图象学报

2003 3

[5] 潭兵 徐青 马东洋 用约束四叉树实现地形的实时多分辨率绘制 计算机辅助设计与图形学报 2003 3