發(fā)布時間：所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:傳統(tǒng)的基于WebVR的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法，基于幾何模型的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法均存在數(shù)據(jù)處理速度慢的問題，為此設計一種基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法。采集激光傳
摘要:傳統(tǒng)的基于WebVR的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法，基于幾何模型的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法均存在數(shù)據(jù)處理速度慢的問題，為此設計一種基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法。采集激光傳感器數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)預處理，利用八叉樹方法對數(shù)據(jù)空間進行劃分，并定義傳遞函數(shù)，目的是為了獲得三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)屬性，建立三維對象渲染模型，根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術中的點、線、面等構建模型，以此完成激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化處理。實驗對比結果表明此次設計的基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法比傳統(tǒng)的三種方法處理速度快，能夠快速地傳遞激光傳感器數(shù)據(jù)信息。
關鍵詞:虛擬現(xiàn)實技術;激光傳感器;空間;傳遞函數(shù);擬合
1引言
激光傳感器是一種利用激光技術進行測量的傳感器，其由激光器、激光檢測器和測量電路組成，激光傳感器能夠實現(xiàn)無接觸測量，具有速度快、精度高、量程大和抗光等優(yōu)點，已經被廣泛應用到醫(yī)學、精密制造業(yè)以及光學加工工業(yè)等領域。目前，常用的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法主要包括基于WebVR的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法、基于幾何模型的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法。雖然這三種方法能夠取得一定的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化效果，但是存在數(shù)據(jù)處理速度慢的問題，為此設計一種基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法。虛擬現(xiàn)實技術是當前計算機科學領域中的研究熱點之一，其克服了二維空間與沉浸感不強等缺點，以良好的三維性、靈活的交互性以及對硬件資源要求的簡易性被廣泛應用到各個領域中，因此，將虛擬現(xiàn)實技術應用到多激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化中具有一定的實際應用意義。實驗證明，此次設計的基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法比傳統(tǒng)的三種方法數(shù)據(jù)處理速度快。
3激光傳感器數(shù)據(jù)空間劃分
采用八叉樹方法對數(shù)據(jù)空間劃分，在分割時需要制定停止條件，過多層次數(shù)產生的立方體過多，會對數(shù)據(jù)空間劃分速度產生影響，出現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣重復的現(xiàn)象。
根據(jù)上述公式判斷數(shù)據(jù)節(jié)點中包含的節(jié)點個數(shù)，若子節(jié)點中包含的單元個數(shù)小于最大單元個數(shù)，則停止劃分。
相關期刊推薦：《激光技術》雜志是國家新委批準出版的全國性自然科學技術期刊，屬國家級科學技術刊物。本刊從科學技術的角度反映激光在我國國防、工業(yè)、農業(yè)、生物、醫(yī)學、通信及人們生活相關領域的研究和應用，進展及成果，跟蹤國外高技術發(fā)展;密切注視各國激光技術的研制狀況和動態(tài)，為我國科研、教學、生產和應用提供最新信息。是國家新委批準出版的全國性自然科學技術期刊，屬國家級科學技術刊物。本刊從科學技術的角度反映激光在我國國防、工業(yè)、農業(yè)、生物、醫(yī)學、通信及人們生活相關領域的研究和應用。
并設定數(shù)據(jù)的最大深度[4]，若劃分后的數(shù)據(jù)超過最大深度，則停止劃分。并計算時查看最大節(jié)點個數(shù)，若數(shù)據(jù)劃分時數(shù)據(jù)節(jié)點合數(shù)大于最大節(jié)點個數(shù)，則停止劃分。利用虛擬現(xiàn)實技術將激光傳感器數(shù)據(jù)[5]作為一個虛擬環(huán)境，以對數(shù)據(jù)場所在的空間進行可見性判斷，視見體計算模型如圖1所示:
4激光傳感器數(shù)據(jù)可交互傳遞函數(shù)建立
定義傳遞函數(shù)的目的是為了獲得三維數(shù)據(jù)場的數(shù)據(jù)屬性[7]，傳遞函數(shù)的定義域一般分為一維、二維和多維的傳遞函數(shù)[8]。由于此次研究的是基于虛擬現(xiàn)實技術的數(shù)據(jù)可視化方法，因此采用一維傳遞函數(shù)。一維傳遞函數(shù)以激光傳感器數(shù)據(jù)為標量值[9]，即將數(shù)據(jù)的灰度屬性值作為傳遞函數(shù)的輸入，表達式如下所示:
5激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化實現(xiàn)
在上述激光傳感器數(shù)據(jù)采集、激光傳感器數(shù)據(jù)空間劃分[14]與激光傳感器數(shù)據(jù)可交互傳遞函數(shù)建立的基礎上，對激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化操作。
通過上述分析可知，在虛擬現(xiàn)實技術下，激光傳感器數(shù)據(jù)的空間信息[15]、屬性信息和時態(tài)信息不同，多以根據(jù)對象渲染機制[16]，建立三維對象渲染模型，根據(jù)虛擬現(xiàn)實技術中的點、線、面等構件模型。
雖然上述過程對數(shù)據(jù)進行了簡單的處理，但是實際采集到的激光傳感器數(shù)據(jù)多為離散數(shù)據(jù)，在一定的時空范圍內[17]，采集的數(shù)據(jù)比較稀少。為減少激光傳感器數(shù)據(jù)可視化表現(xiàn)時的離散性，采用時空差值方法進行考慮，主要包括以下幾個方面:
第一，數(shù)據(jù)空間不同，數(shù)據(jù)中的要素空間也不同，對同一區(qū)域采集的數(shù)據(jù)需要在各自的時間軸上進行數(shù)據(jù)擬合，對數(shù)據(jù)差值處理;
第二，時間不同，同一個區(qū)域的不同時間采用不同的空間擬合方法對數(shù)據(jù)擬合[18];
第三，同時考慮時間和空間信息，考慮不同時間的周圍點信息。
6實驗對比
為了保證此次設計的基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法具備實際應用意義，進行實驗，并將傳統(tǒng)的基于WebVR的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法、基于幾何模型的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法3種方法與此次設計的方法對比，對比4種方法的處理速度。
6.1實驗平臺搭建
在NADA環(huán)境下對4種激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法進行實驗，具體平臺如圖4所示。
實驗中，激光傳感器數(shù)據(jù)采用某網站中的數(shù)據(jù)，在進行每次實驗時，按照實驗步驟選擇各項設備，并觀察實驗過程，記錄實時生成的實驗數(shù)據(jù)，保證所取得的實驗結果與實際環(huán)境下的結果相同。在實驗結束后退出軟件即可，無需整理設備，以減少實驗設備損耗。
6.2實驗結果分析
4種激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法的對比結果如圖5所示。
分析圖5可知，此次設計的基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法在對數(shù)據(jù)多維可視化處理時，處理速度平穩(wěn)，并且用時較少，代表此次設計的方法的處理實時性高;基于WebVR的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法在前2次的實驗過程中處理時間較少，但是在后3次的實驗中數(shù)據(jù)處理時間處于逐漸增加的態(tài)勢，處理速度越來越慢;基于幾何模型的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法兩種方法的處理速度相差較小，處理時間相對較長，代表這兩種方法在數(shù)據(jù)處理上速度較慢。
因此，通過上述實驗能夠證明此次設計的基于虛擬現(xiàn)實技術的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法比傳統(tǒng)的基于WebVR的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法、基于幾何模型的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法3種方法數(shù)據(jù)多維可視化處理速度快，能夠達到預期的目標，具有極強的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化能力。
7結束語
采用了虛擬現(xiàn)實技術，設計激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法，并通過實驗驗證了此次設計的方法的有效性，這在數(shù)據(jù)多維可視化中具有重要的作用。通過該方法能夠清晰地傳達與溝通激光傳感器數(shù)據(jù)多維化信息，為實際應用提供一定借鑒。然而，此次設計的方法還存在一定的不足，在后續(xù)的研究中將重點研究數(shù)據(jù)顯示效果，為激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化的實際應用提供理論依據(jù)和參考。——論文作者：劉洋1，曹宇2，辛旭3