發(fā)布時(shí)間：2021-03-25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(shè)計(jì)一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(shè)計(jì)一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(duì)數(shù)據(jù)預(yù)處理，利用八叉樹方法對(duì)數(shù)據(jù)空間進(jìn)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(chǎng)的數(shù)據(jù)屬性，建立三維對(duì)象渲染模型，根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的點(diǎn)、線、面等構(gòu)建模型，以此完成激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化處理。實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明此次設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(guān)鍵詞:虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);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(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器，其由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成，激光傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸測(cè)量，具有速度快、精度高、量程大和抗光等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)、精密制造業(yè)以及光學(xué)加工工業(yè)等領(lǐng)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(shè)計(jì)一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一，其克服了二維空間與沉浸感不強(qiáng)等缺點(diǎn)，以良好的三維性、靈活的交互性以及對(duì)硬件資源要求的簡(jiǎn)易性被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中，因此，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到多激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化中具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。實(shí)驗(yàn)證明，此次設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(duì)數(shù)據(jù)空間劃分，在分割時(shí)需要制定停止條件，過多層次數(shù)產(chǎn)生的立方體過多，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)空間劃分速度產(chǎn)生影響，出現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣重復(fù)的現(xiàn)象。
根據(jù)上述公式判斷數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中包含的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，若子節(jié)點(diǎn)中包含的單元個(gè)數(shù)小于最大單元個(gè)數(shù)，則停止劃分。
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并設(shè)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(jì)算時(shí)查看最大節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，若數(shù)據(jù)劃分時(shí)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)合數(shù)大于最大節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，則停止劃分。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將激光傳感器數(shù)據(jù)[5]作為一個(gè)虛擬環(huán)境，以對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)所在的空間進(jìn)行可見性判斷，視見體計(jì)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(chǎng)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(shí)技術(shù)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(biāo)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(dá)式如下所示:
5激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化實(shí)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(chǔ)上，對(duì)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(shí)技術(shù)下，激光傳感器數(shù)據(jù)的空間信息[15]、屬性信息和時(shí)態(tài)信息不同，多以根據(jù)對(duì)象渲染機(jī)制[16]，建立三維對(duì)象渲染模型，根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的點(diǎn)、線、面等構(gòu)件模型。
雖然上述過程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的處理，但是實(shí)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(shí)空范圍內(nèi)[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(shí)的離散性，采用時(shí)空差值方法進(jìn)行考慮，主要包括以下幾個(gè)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(duì)同一區(qū)域采集的數(shù)據(jù)需要在各自的時(shí)間軸上進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，對(duì)數(shù)據(jù)差值處理;
第二，時(shí)間不同，同一個(gè)區(qū)域的不同時(shí)間采用不同的空間擬合方法對(duì)數(shù)據(jù)擬合[18];
第三，同時(shí)考慮時(shí)間和空間信息，考慮不同時(shí)間的周圍點(diǎn)信息。
6實(shí)驗(yàn)對(duì)比
為了保證此次設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法具備實(shí)際應(yīng)用意義，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(shè)計(jì)的方法對(duì)比，對(duì)比4種方法的處理速度。
6.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建
在NADA環(huán)境下對(duì)4種激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，具體平臺(tái)如圖4所示。
實(shí)驗(yàn)中，激光傳感器數(shù)據(jù)采用某網(wǎng)站中的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，按照實(shí)驗(yàn)步驟選擇各項(xiàng)設(shè)備，并觀察實(shí)驗(yàn)過程，記錄實(shí)時(shí)生成的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證所取得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際環(huán)境下的結(jié)果相同。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后退出軟件即可，無需整理設(shè)備，以減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備損耗。
6.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
4種激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法的對(duì)比結(jié)果如圖5所示。
分析圖5可知，此次設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法在對(duì)數(shù)據(jù)多維可視化處理時(shí)，處理速度平穩(wěn)，并且用時(shí)較少，代表此次設(shè)計(jì)的方法的處理實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)過程中處理時(shí)間較少，但是在后3次的實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理時(shí)間處于逐漸增加的態(tài)勢(shì)，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(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明此次設(shè)計(jì)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)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(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，具有極強(qiáng)的激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化能力。
7結(jié)束語
采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)激光傳感器數(shù)據(jù)多維可視化方法，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此次設(shè)計(jì)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(dá)與溝通激光傳感器數(shù)據(jù)多維化信息，為實(shí)際應(yīng)用提供一定借鑒。然而，此次設(shè)計(jì)的方法還存在一定的不足，在后續(xù)的研究中將重點(diǎn)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(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。——論文作者：劉洋1，曹宇2，辛旭3
