• 2012年第23卷第zk2期文章目次
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    • 一种石纹纸染艺术图案仿真技术

      2012, 23(zk2):1-7.

      摘要 (2776) HTML (0) PDF 535.24 K (3602) 评论 (0) 收藏

      摘要:石纹纸染计算机仿真技术可以帮助设计者创作独特、新奇、具有艺术效果的石纹纸染艺术作品,对于这种古老艺术形式的保护、记录与传承具有十分重要的意义.但是,这方面的研究还不多见.基于流体力学和向量图表达技术,并结合曲线的数学公式变换性质,提出一种石纹纸染艺术图案生成方法.该方法快速、稳定,能够生成清晰的图形轮廓.首先,采用半拉格朗日方法求解流体方程,模拟二维不可压缩流体的速度.考虑到向量图具有不受分辨率影响的特性,选择跟踪流体边界结点的运动趋势,生成流体的轮廓.再采用模板缓存的方法填充流体轮廓,并以SVG 格式输出绘制结果.考虑到多种流体混合时的交互作用,推广上述方法用于仿真多种颜料混合作用产生的石纹纸染图案.此外,结合数学公式变换方法,可以绘制得到具有花型或特殊特征等具有艺术效果的石纹纸染图案.

    • M-Design:多域复杂机电产品系统建模平台

      2012, 23(zk2):8-20.

      摘要 (2569) HTML (0) PDF 1.18 M (4824) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着机电产品的复杂性增加,针对其涉及的多领域的系统设计成为必不可少的一部分.然而,现有的多域复杂机电产品系统设计平台均是在软件系统建模平台的基础上扩展而来,其本质仍然是面向软件工程的,且缺乏对多域复杂机电产品特有性能刻画的工具.在对多域复杂机电产品系统设计的关键问题进行分析的基础上,以通用复杂系统建模语言SysML为基础,研发了多域复杂机电产品系统设计的建模平台——M-Design.不仅对领域无关的SysML基础语义进行表示与建模,同时更能对领域相关的多域复杂产品系统级设计语义进行表征,且支持从多域统一的系统设计到多域统一的系统仿真自动转换,从而及早进行仿真,以发现不良设计方案.最后进行了实例验证.

    • 影像资源的复球面放射树可视组织与交互技术

      2012, 23(zk2):21-33.

      摘要 (3282) HTML (0) PDF 1.13 M (4160) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对海量影像资源可视组织与交互问题,提出了一种复球面放射树可视化技术.首先调研了相关工作;然后研究了面向海量影像资源的可视组织与交互技术需求模型;其次给出了基于相似度的影像数据层次组织模型,并介绍了一种基于改进二维平面放射树和球极映射方法的三维球放射树可视化技术及其布局算法;最后针对海量的医疗影像数据进行了实验验证,结果表明:该方法可在相对较小的显示空间内,展示节点细节,兼顾节点的上下文语境;提供的交互任务具有较好的交互效率和较高的用户满意度.

    • 建筑物图像的线条画生成算法

      2012, 23(zk2):34-41.

      摘要 (3150) HTML (0) PDF 2.45 M (5161) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种专门针对建筑物图像的线条风格化自动生成算法,该方法首先利用快速的带有误判控制的图像线段检测算法得到建筑物的外轮廓和门窗的线条特征,通过该特征增强边切向流中直线的权重,然后在此基础上利用基于流的高斯差分得到建筑物的线条画,充分展现了建筑物的线条轮廓.该方法简单、可靠,而且容易实现,实验结果充分证明了该方法的有效性.

    • 一种流线放置方法

      2012, 23(zk2):42-52.

      摘要 (2915) HTML (0) PDF 3.27 M (5097) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于流线的可视化方法是重要向量场可视化方法.以往的流线放置算法中很少考虑向量场的物理性质.提出了一种适用于2D和3D向量场的流线放置算法.为了度量向量场根据不同空间位置而变化的性质,引入了向量场的出入流差异属性,计算出入流差异矩阵用于描述向量场的全局属性.选取出入流差异矩阵中的最大值作为流线的种子点.由于出入流差异度和散度定义上有相似性,因而也具有一定的物理性质,能够反映出向量场的内在属性.该方法适用于2D和3D向量场,可以使用少量的流线很好地揭示出流场中的重要信息.

    • 隐式曲面上的Mumford-Shah模型

      2012, 23(zk2):53-63.

      摘要 (3601) HTML (0) PDF 1.92 M (4327) 评论 (0) 收藏

      摘要:将平面图像变分分割的Mumford-Shah模型推广于隐式曲面上图像分割问题.封闭曲面用符号距离函数的零水平集来表达,开式曲面用符号距离函数的零水平集与二值标记函数的交集来表达,借助内蕴梯度、内蕴散度等概念首先建立了隐式曲面上图像分割的Mumford-Shah模型.为了提高通用性,所提出的Mumford-Shah模型的光滑项采用通用形式,可适用于总变差等多种形式的光滑项模型.此外,还通过引进辅助变量和Bregman迭代参数设计所提出模型的Split Bregman算法.多个数值实验对所提出的模型和算法的可行性进行了验证.

    • 小波变换结合模糊聚类在示温漆彩色图像分割中的应用

      2012, 23(zk2):64-68.

      摘要 (2742) HTML (0) PDF 541.69 K (4017) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过对示温漆彩色图像进行小波变换处理,提取小波特征值,并与颜色信息一起作为特征值进行模糊聚类.实验结果表明,与传统的单独应用小波变换或模糊聚类进行图像分割的方法相比,这种算法对于示温漆彩色图像的分割具有很好的效果.

    • 基于K-D树快速精确排序的四面体可视化

      2012, 23(zk2):69-76.

      摘要 (2697) HTML (0) PDF 802.43 K (3937) 评论 (0) 收藏

      摘要:投影四面体法是四面体体数据可视化的一种重要方法.为了保证绘制结果准确,每一帧都需要对所有四面体按照遮挡关系进行排序,然而四面体之间强烈的依赖性不仅导致排序效率很低,而且很难并行实现.提出了一种基于K-D树空间划分的快速精确的四面体排序策略,在每个叶节点内逐层并行提取互不遮挡的四面体,层与层之间自然有序,且各叶节点的操作彼此独立进行.最后将结果按照叶节点之间的空间遮挡顺序组织在一起.通过两个级别的并行,在保证精确排序的同时极大地提高了效率,且数据结构易于图形处理单元GPU实现.实验结果表明,基于K-D树快速精确排序策略的GPU 实现极大地缩短了排序时间.

    • 中文图书封面文本定位及中文图书检索

      2012, 23(zk2):77-84.

      摘要 (2295) HTML (0) PDF 920.61 K (3676) 评论 (0) 收藏

      摘要:文字作为图书封面中的重要组成部分,包含丰富的语义信息.从复杂彩色图像中准确地获取文本信息,并结合现有的图像检索技术,可以进一步提高图书检索的精确度.针对中文图书封面文本的特点,采用基于连通分量的方法定位文本区域.首先通过颜色聚类将图像其分解为一系列的二值图像,然后依汉字结构合并各个图像中的连通分量,生成候选文本区域;通过文本验证进一步滤除非文本区域.定位获得的文本区域作为图书封面的显著区域,对其提取Hu不变矩特征用于图像匹配.经实验证实,该方法取得了较好的检索效果,表明了文本信息对于图书检索的重要性.

    • 边界特征和区域特征相结合的商标检索算法

      2012, 23(zk2):85-93.

      摘要 (2150) HTML (0) PDF 1.21 M (3942) 评论 (0) 收藏

      摘要:商标图像检索的目的是对商标图像之间的重复性、相似性进行审查.首先把商标图像的轮廓视为一个几何形状,通过一类称作V系统的正交函数系,对这个几何形状进行精确的数学表达,从而在频域求得商标的边界特征向量,这个特征向量描述了商标的整体特征.另一方面,为了描述商标的局部特征,通过对商标图像区域的划分,分别考虑各子块像素的比重和子块重心的位置,得到商标图像的两个区域特征向量,它们描述了商标的局部特征.最后利用边界和区域特征向量间的欧式距离的加权,来进行商标之间的相似度量,得到一类新的商标检索算法.大量的、各种类型的商标检索实验表明,与Fourier描述子、Zernike矩、不变矩以及Fourier描述子和Zernike矩相结合的方法等相比,方法在检索性能上有较大优势.

    • 一种保持颜色的图像合成算法

      2012, 23(zk2):94-104.

      摘要 (2458) HTML (0) PDF 963.62 K (5118) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于梯度域的融合是一类有效的图像合成算法,但当目标图像和源图像的色调相差太大时,合成结果往往存在一定程度的颜色失真,且难以通过优化边界条件消除.为此提出了一种能够校正颜色失真并保持无缝边界的图像合成方法,该方法主要分为3个步骤.首先,对亮度分量使用泊松克隆以保持合成图像的局部对比度和无缝边界.其次,估计每个像素的颜色置信度以引导颜色校正,颜色置信度基于通用测地距离估计得到.最后,通过最小化目标函数对合成图像的颜色分量进行校正,目标函数不仅结合了源图像和经过泊松克隆后的图像的颜色信息,还考虑了邻域像素间的颜色扩散,并利用颜色置信度为其各项加权.最终的合成图像通过合并泊松克隆后的亮度分量和校正后的颜色分量得到.实验结果表明,通过少量简单、直观的用户交互,所提出的图像合成方法不仅能保持无缝的合成边界,而且能有效地减少合成图像中的颜色失真,在合成颜色差异较大的源图像和目标图像时也具有较高的鲁棒性.与其他仅仅优化边界条件的基于梯度域的合成方法相比,该方法能够更好地保持前景物体的原有颜色和局部对比度,使用颜色置信度而非硬性的限制条件也使得前景能够更平滑地融合到背景中.

    • 基于自适应阈值和傅里叶拟合的镜头边界检测

      2012, 23(zk2):105-114.

      摘要 (2649) HTML (0) PDF 992.28 K (4095) 评论 (0) 收藏

      摘要:作为基于内容的视频检索与管理中的一项关键技术,视频镜头边界检测近年来得到了广泛的研究与应用.但是,传统的视频镜头边界检测算法只能处理切变镜头边界,渐变镜头边界的检测结果则远低于人们的期望.结合自适应阈值与傅里叶函数拟合技术,提出了一种用于检测切变与渐变镜头边界的方法.该方法首先计算视频中每一帧在HSV颜色空间上的非均匀分块直方图,再根据直方图距离得到视频数据的相似度序列,然后在其上使用自适应阈值法计算出相应的阈值,从而检测切变镜头边界.渐变镜头边界处较为复杂,通过大量的实验观察发现,渐变镜头边界处存在着特定的变化模式,并在相似度序列上寻找具有这种变化模式的片段作为候选边界,最后用傅里叶函数拟合形成统一的表示.收集不同类型的渐变边界,训练了一组标准渐变模型,用于判断候选边界是否为渐变边界以及确定其渐变类型.为了提高计算效率,采用通用并行计算架构对算法进行加速.通过大量的实验测试以及与他人方法的对比,验证了算法的有效性.

    • 一种面向交互桌面的用户界面模型

      2012, 23(zk2):115-128.

      摘要 (2295) HTML (0) PDF 829.55 K (4428) 评论 (0) 收藏

      摘要:交互桌面是当前自然用户界面的研究热点,能够提高多用户协作环境的交互自然性.然而,因其具有水平视觉显示、多设备交互、单显示多用户协同等区别于传统WIMP 界面的新特点,使得交互桌面的设计和开发仍缺少理论和方法指导.针对该问题提出一种面向交互桌面的用户界面模型并进行应用验证.首先,给出交互桌面多设备协作交互描述方法,该方法引入Penichet对协作任务的分析模型,并针对交互桌面多设备输入的特性,提出使用任务-多设备二维关系表TDT来描述任务与设备之间的关系;其次,提出界面隐喻OCAL(objects containers adorners language);再次,在上述界面分析的基础上,提出界面模型ITSUIM,该模型以隐喻OCAL为指导,对Puerta的通用界面模型进行了扩展;最后,给出了该方法的应用实例.应用实例及用户评估表明,该方法为交互桌面的设计提供了一种有效的解决方案.

    • 基于李代数表示的相机外部参数插值算法

      2012, 23(zk2):129-137.

      摘要 (2741) HTML (0) PDF 924.75 K (4143) 评论 (0) 收藏

      摘要:相机外部参数插值是三维场景漫游等应用中的关键技术之一.由于相机外部参数矩阵构成的空间不是线性的,传统的方法主要对相机外部参数矩阵中的平移变换和旋转变换部分分开考虑从而导致插值的不自然.提出了基于李代数表示的相机外部参数插值算法,首先把相机外部参数矩阵直接映射到李代数空间,然后在李代数空间进行线性插值,最后把插值后的中间变换矩阵逆映射到相机外部参数矩阵空间,从而得到一系列的插值结果.实验结果表明,与传统的在相机外部参数矩阵空间直接对相机进行线性插值以及与四元数插值相比,算法得到的插值相机序列更加光滑,并且更加符合人们漫游的观察习惯.

    • 屏幕空间流体场景的真实感绘制

      2012, 23(zk2):138-148.

      摘要 (2537) HTML (0) PDF 761.63 K (4436) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有屏幕空间流体场景的实时绘制方法存在着表面提取不光滑、光照不自然及缺乏真实感细节等缺陷.提出了一种屏幕空间流体场景真实感绘制算法.该算法基于SPH(光滑粒子动力学)框架.首先提出了一种基于各向异性的表面光滑模型:采用Laplacian平滑方法对粒子空间位置进行初步平滑处理;通过各向异性的流体建模进行进一步地平滑处理;再通过双边滤波方法对深度图进行后期平滑,得到了较为理想的平滑流钵表面.为了改进流体场景的光照效果,提出了一种精细的流体表面光照模型,该模型不仅考虑环境光的影响,还考虑了光源的漫反射及高光分量的定量影响.为了增加流体场景的真实感细节,提出了一个基于曲率的高效简单的浪花生成模型.最后采用GPU加速技术,实现了卷浪及海啸巨浪冲击海滩等复杂流体景象的实时绘制.相比现有算法,该方法能在不失实时绘制性能的前提下,极大地改进屏幕空间流体场景绘制的真实感,在实时仿真及游戏设计等领域有着重大的应用潜力.

    • 边界斜率预测的形态学反走样方法

      2012, 23(zk2):149-157.

      摘要 (3333) HTML (0) PDF 1.68 M (3759) 评论 (0) 收藏

      摘要:采样不足造成的图像像素走样是一个计算机图形学领域长期存在的问题,寻求速度快、效果好的反走样算法是研究人员一直以来的目标.基于当前最新的形态学反走样算法,针对该算法在倾斜直线边界局部检测与重建上存在的不足,提出了边界斜率预测的形态学反走样方法.该方法利用局部直线边界斜率的信息对直线边界在全局范围内的端点位置进行预测与检验,从而重建出与实际边界更加相符的边界信息,在只增加较少计算量的情况下获得了更准确的直线边界形态.与前人的形态学反走样算法相比,所提出的方法基于全局形态学边界,能够更加准确地重建直线边界,将其应用于反走样计算中,可以进一步改善直线边界的颜色过渡,使倾斜直线边界具有更高的连续性,获得更好的反走样效果.

    • 一种快速高质量k-D树构建算法

      2012, 23(zk2):158-167.

      摘要 (2479) HTML (0) PDF 1.36 M (4917) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种适用于交互式动态场景光线跟踪的高质量k-D树构建算法.结合基本的k-D树遍历代价函数和场景一般具有较均匀分布的特征,推导出合理表示节点中连续分割面遍历代价的计算公式.在计算过程中将待划分节点包围盒划分成均匀子空间,采用直接求解函数解析解的方式进行节点分割面计算.为了保证各种光线跟踪应用中较高的渲染效率,提出了不同情况下合理的空间划分数量计算函数.实验结果表明,该算法适用于各种不同图元分布的场景k-D 树构建,并可以应用于整个构建过程,效率有了很大的提升,同时构建结果保持了与最优划分相近的质量.

    • 一种单幅室外图像的阴影去除算法

      2012, 23(zk2):168-175.

      摘要 (3047) HTML (0) PDF 1.20 M (6726) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种针对单幅室外场景图像的阴影去除算法.该算法首先利用室外光照特点和改进的颜色空间检测出室外场景中的阴影,其次,为了进一步准确地检测半阴影区域以便去除阴影时更好地保持纹理区域,将检测出的阴影标记为背景,使用图像前景抠取算法计算抠取比例因子,最后,根据计算得到的抠取比例因子计算去除阴影所应打光的比例因子,给阴影区域打回相应的光照.实验结果表明,该算法不但能够检测出场景中的自阴影和投射阴影,而且在去除阴影的同时可以有效地保持原图阴影内的纹理.

    • 动态多维网络双向链路预测

      2012, 23(zk2):176-185.

      摘要 (2739) HTML (0) PDF 643.55 K (4253) 评论 (0) 收藏

      摘要:链路预测作为网络分析的有效工具得到许多研究者的关注.链路预测可以使人们更好地了解网络节点之间的内在联系.目前的网络链路预测方法大多是根据已知的网络节点以及网络结构等信息预测网络中尚未产生连边的两个节点之间产生链接的可能性,而且大多是在单关系或静态网络中进行.它们没有综合考虑多维关系动态网络中的链路预测,也忽略了未来将会消失的链接.这些链接的预测非常重要,至少可以作为现有链路预测的必要补充,使人们更准确地预测未来.提出了动态多维网络双向链路预测方法,在动态多维网络中既可以预测将来可能产生的链接,也可以预测现有的而将来可能消失的链接.首先给出多维网络、降维网络和动态网络的定义,然后提出构建多维网络、对多维网络降维以及构建动态网络的算法,再后给出一种动态多维加权网络中双向链路预测算法.实验结果表明,算法能够使多维加权网络中链路预测有更好的效果.

    • 基于相似性和距离中心性推荐的历史视图浏览

      2012, 23(zk2):186-192.

      摘要 (2378) HTML (0) PDF 785.32 K (3760) 评论 (0) 收藏

      摘要:用户在可视化过程中,通常仅仅关注当前的可视化结果,缺少对历史信息的回顾和分析,导致一些重要的中间结果没有被及时跟踪,不利于信息的对比和潜在规律的发现.以高校研究生信息数据为例,目前学校管理部门或学院对于研究生个人信息的可视化分析仅仅关注于当前数据,而忽略了更加重要的历史数据,从而无法准确地追踪和分析其潜在的信息和数据特征.针对这一问题,提出了基于推荐算法的可视化历史浏览方法.该方法将生成的可视化过程保存为历史信息,利用相似性算法分析历史结果间的关联关系,利用基于距离中心性和基于路径中心性的分析描述每个历史结果的重要性,综合3 种分析方法将与当前可视化视图最为相似的历史信息推荐给用户,加速了认知过程.用户调查结果显示,大部分用户对基于历史的可视化推荐表示认可,并且已经开始在数据分析中使用.

    • 一种高能效的OSAS手机监护系统

      2012, 23(zk2):193-203.

      摘要 (3041) HTML (0) PDF 1.49 M (4201) 评论 (0) 收藏

      摘要:阻塞性睡眠呼吸暂停综合症(obstructive sleep apnea syndrome,简称OSAS)是一种最常见的睡眠呼吸紊乱病征,鉴于其对人体健康的危害,医学上需要对患者进行长期的监测.然而,目前医院OSAS监测设备用户体验较差并且人力物力消耗很大,因此提出了基于智能手机的家庭电子医疗系统,以实现OSAS随时随地的监测.重点对该系统的能耗问题进行测量分析并建模优化,利用蓝牙低功耗模式改善系统能耗瓶颈,系统使用时间提高了50%以上.与传统的蓝牙模式切换方法相比,所提出的基于智能手机的蓝牙控制算法提升了系统通用性及可扩展性,并为实现系统全局低能耗而进行的存储、传输、计算负载均衡调度提供了技术支持.

    • 基于匹配度聚类算法的单车辆合乘问题

      2012, 23(zk2):204-212.

      摘要 (2634) HTML (0) PDF 1.16 M (4535) 评论 (0) 收藏

      摘要:车辆合乘在降低物流成本和减少交通拥塞等方面作用显著.针对单车辆合乘问题,提出基于匹配度的聚类算法,用于将服务需求分配到具体某一辆车.借鉴“先验聚类”思想,算法中的单车辆合乘匹配过程的插入次数可大大减少,从而提高了算法效率.另外,为进一步提高车辆搭乘效率,降低运行成本,通过迁移算子对匹配度聚类过程进行微调.算例证明,该算法可显著降低车辆空载率,在一定程度上降低了车辆运行成本.

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