面向水声数据可视化的光线投影算法研究

发布时间：2017-05-03 16:13

  本文关键词：面向水声数据可视化的光线投影算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着海洋资源开发、海底勘探等活动的不断深入,水声数据可视化技术得到了广泛应用。通过可视化技术可以重构出水下声纳数据的图像,有利于研究人员对数据进行更加直观有效的分析,从而提高数据的使用效率。论文简要的概述了水声数据可视化的研究背景和研究现状,阐述了现有的水声数据可视化方法分类,对几种典型体绘制算法的性能进行了分析和比较,最终采用绘制出图像质量最高的光线投影算法实现水声数据的可视化。针对光线投影算法中的体数据分类和绘制两个环节存在的不足,结合分析水声数据的特点,提出了相应的改进方法。本文主要的研究内容及成果如下:首先针对光线投影算法中的体数据分类环节,结合分析水声数据中含噪数据较多而且水声数据中包含的多种物质之间的分类界线较模糊的特点,提出了基于直方图统计的核模糊C均值算法与自适应遗传算法相结合的水声数据分类方法。该方法首先计算直方图特征空间信息约束条件下的KFCM算法的目标函数;然后采用具有良好全局优化性能的自适应遗传算法对该目标函数进行优化,得到最优聚类矩阵和最优隶属度矩阵;再结合最大隶属度准则,实现水声数据的分类。其次在光线投影算法中绘制环节方面,为了提高水声数据的连续性,提出了面向光线投影的预积分分类体绘制积分方法。该方法首先用一阶线性插值代替原来的零阶保持插值重建水声数据的标量值;然后计算每两个相邻采样点之间线段累积的颜色值和不透明度值。预积分后的结果用于求解体绘制积分方程,完成数据可视化的绘制过程。实验结果表明,本文的研究方法能够很好地实现水声数据的分类,分类后的数据经三维可视化后效果良好,水声数据中的细节信息也能够得到很好的展现;而且经过预积分分类体绘制积分处理之后,疑似目标区域更加清晰,提高了水声数据的表现能力,从整体上改善了水声数据的可视化效果。
【关键词】：水声数据可视化 光线投影算法 数据分类 数据绘制 预积分分类
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB56;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 水声数据可视化概述12-17
• 1.2.1 声纳简介12
• 1.2.2 水声数据的预处理12-14
• 1.2.3 水声图像的特点14
• 1.2.4 水声数据可视化方法分类14-16
• 1.2.4.1 等值线法14-15
• 1.2.4.2 面绘制方法15
• 1.2.4.3 体绘制方法15-16
• 1.2.5 水声数据可视化的国内外研究现状16-17
• 1.3 本文研究内容及章节安排17-19
• 第2章 三维水声数据的可视化19-33
• 2.1 三维水声数据介绍19
• 2.2 三维数据的分布及其连接关系的类型19-20
• 2.3 体绘制方法20-23
• 2.3.1 体绘制的基本原理20-21
• 2.3.2 光照模型21-23
• 2.3.2.1 基本光照模型21-22
• 2.3.2.2 Phong光照模型22
• 2.3.2.3 Blinn-Phong光照模型22-23
• 2.4 光线投影算法23-27
• 2.4.1 光线投影算法的基本原理23
• 2.4.2 光线投影算法的基本流程23-24
• 2.4.3 光线投影算法的关键技术24-27
• 2.4.3.1 空间坐标变换24-25
• 2.4.3.2 体数据的插值25-26
• 2.4.3.3 体数据的分类26-27
• 2.4.3.4 图像合成绘制27
• 2.5 其他典型体绘制算法27-30
• 2.5.1 纹理映射法28
• 2.5.2 抛雪球法28-29
• 2.5.3 错切-变形法29-30
• 2.6 可视化开发工具VTK30-32
• 2.6.1 VTK概述30-31
• 2.6.2 光线投影算法在VTK中的实现31-32
• 2.7 本章小结32-33
• 第3章 基于HKFCM和AGA的水声数据分类算法33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 KFCM和AGA算法33-35
• 3.2.1 核模糊C均值算法33-34
• 3.2.2 自适应遗传算法34-35
• 3.3 基于HKFCM和AGA的水声数据分类35-38
• 3.3.1 水声数据直方图的计算35
• 3.3.2 基于直方图统计的核模糊C均值算法35-36
• 3.3.3 自适应遗传算法优化HKFCM的目标函数36-38
• 3.4 实验结果与分析38-44
• 3.4.1 直方图函数f(k) 的影响因子b的取值比较38-39
• 3.4.2 不同算法的分类时间39-40
• 3.4.3 分类后的数据三维可视化效果比较40-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 基于预积分分类的体绘制积分算法45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 光线投影算法中的体绘制积分45-47
• 4.3 基于预积分分类的体绘制积分47-50
• 4.3.1 预积分方法的流程47-48
• 4.3.2 预积分查找表48-50
• 4.4 实验结果与分析50-55
• 4.4.1 实验数据准备50
• 4.4.2 三维水声数据的可视化比较50-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第5章 总结与展望57-59
• 5.1 本文工作总结57-58
• 5.2 展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 附录65

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本文编号：343330