基于胸部CT影像的心肺器官三维建模技术的研究与应用
这是一篇关于心肺器官,CT,深度学习,三维建模的论文, 主要内容为近些年,心肺疾病严重影响着人们的身体健康。电子计算机断层扫描技术作为一种无创的医学图像检查技术,能够显示出胸腔内部的心肺器官,以此作为诊疗的依据。但由于影像以二维形式呈现,医生在观察时只能通过想象在脑海中重建出器官的三维结构,存在一定主观性与不确定性。依靠计算机技术重建出心肺各个器官的三维模型,最终呈现出一个更加直观的可视化结果,可用于病情诊断、手术规划、医患沟通等。本文研究了一套完整的心肺器官三维建模的技术方案,可基于三维CT影像对十种心肺器官进行全自动的三维建模,包括主动脉、肺动脉、左心室、右心室、左心房及肺静脉、右心房、上腔静脉、心包、气管、肺。本文提出了一种基于级联3D分割网络的全心脏分割框架,通过三维各向异性卷积降低模型的复杂度,并引入混合池化模块建模不同尺度的上下文信息。最终该方案在保证分割准确度的同时,兼顾运行时间及计算效率,更易于实际场景下的部署与应用。本文提出了一种多阶段的肺动静脉分割框架,通过将一个复杂任务划分为多个子任务来提高最终的分割精确度。该框架主要包含基于2.5D网络的血管树分割模型,以及基于多视图的肺动静脉掩膜传播网络。最终该方案能有效地重建出相对完整的肺动脉与肺静脉结构,缓解血管分支分割不全以及断裂的情况。本文实现了基于器官分割掩膜的三维建模方法,通过移动立方体算法提取表面网格模型,并基于二次度量误差的塌陷算法对网格进行简化,最终将三维建模结果存储为STL的模型文件,并可基于该模型计算出器官的体积参数。基于提出的图像分割算法以及三维重建方法,本文基于B/S架构设计并实现了《心肺三维建模平台》软件,可作为辅助诊断工具直接应用于临床。医生在上传患者CT序列后可在线阅览影像,经过系统后台全自动算法完成器官的三维建模后,对器官模型三维可视化展示并计算体积。同时,软件支持影像及模型数据的管理与共享,具有非常大的临床应用价值。
水电站电气设备虚拟系统开发与研究
这是一篇关于虚拟现实,水电站电气设备,虚拟现实建模语言,虚拟场景,三维建模的论文, 主要内容为20世纪90年代以来兴起的虚拟现实技术(Virtual Reality,简称VR)是一种新型的综合性信息技术,利用计算机技术生成的一种人为的虚拟环境,这种环境可以通过视觉甚至听觉、触觉来感知,用户通过自己的视点直接地、多角度地对环境进行观察、发生“交互”作用,给人一种“身临其境”的感觉。经过20多年的研究探索,虚拟现实技术的应用领域已经非常广泛,如飞机、船舶、车辆虚拟现实驾驶训练,虚拟现实建筑物,虚拟现实游戏,虚拟现实影视艺术等等。随着计算机技术的发展,在PC机上实现虚拟现实技术已成为可能。将VR技术运用到水电站电气设备中,可以提供更逼真的、具有交互性的三维可视化环境,从而更好的对水电站电气设备进行展示,以方便用户对电气设备的观察和了解。本文在对虚拟现实技术的水电站电气设备进行分析和总结的基础上,提出了虚拟水电站电气设备系统的基本架构,给出了相应的展示系统设计流程,并通过实例对所提出的系统的实现过程进行了阐述。论文的主要研究内容和成果如下:论文首先通过对国内外虚拟应用现状进行调研,分析了实现水电站电气设备虚拟现实的一般技术。在比较了国内外常用的实现虚拟的四种技术(JAVA 3D技术、CULT3D技术、QuickTime VR技术、VRML技术)之后,结合课题的要求,选择VRML技术、Java及后台数据库相结合的方法来实现本系统的开发。此种方法能够提供更强的交互性、更真实的实景空间、更逼真的沉浸感,同时也更适合网上传输。从需求的角度和VRML技术特征的角度出发,本论文提出了建立水电站电气设备漫游系统的技术路线,并阐述了本课题的主要研究内容:几何体形状建模方法研究、纹理处理方法、环境光线的实现、控制观察者视点的方法、对观察者行为的感知、造型的定位与切换。确定了系统研究与实现的技术方向。其次,本文分析了VRML的工作原理及基本特性,并详细地阐述了VRML的工作模式和VRML浏览器的概念模式。同时对VRML的关键技术进行了研究,其中重点介绍了VRML浏览器的三种类型、场景图的概念、路由和事件体系、VRML的光照技术。同时总结了VRML的语法特性及功能特性、Java功能扩展,为后期的系统开发奠定了理论基础。本文利用计算机虚拟现实技术实现新疆塔尕克水电站电气设备的虚拟建模与交互、浏览,文中首先对课题的研究内容作了系统分析,在分析的基础上提出了系统的总体设计,并对水电站电气设备外观设计进行了介绍,同时给出了各设计模块的结构图,并简要介绍了本系统开发所使用的工具。本论文在完成上述研究的同时,也比较深入地探讨了如何优化VRML文件和VRML文件的渲染,并给出了具体的解决方案。论文最后给出了本文的结论,以及今后可能继续研究的方向。
基于WebGL的地下工程三维基础信息平台研制与应用
这是一篇关于地下工程,三维建模,信息可视化,WebGL,Three.js的论文, 主要内容为在地下工程设计、施工和运维过程中,往往存在数据量大、数据存储分散、数据格式不一致等诸多信息管理问题,在一定程度上影响了工程设计效率、施工工期与运营维护成本。目前,数字化、信息化技术在地下工程中虽已得到广泛应用,但是在适用范围、共享度和智能化程度等方面需要进一步研究。为促进三维信息管理系统在地下工程中的应用,本文基于WebGL、W3C等开发标准,借助Rhino等三维建模软件和Three.js 3D引擎,使用Java、SQL等计算机语言,研究外部构建模型与复杂工程信息的集成融合及可视化展示,从而研发出地下工程三维信息系统。论文主要研究成果如下:(1)通过灵活性与经济性比选,确定了基于WebGL的地下工程三维信息系统的开发方法和开发软件工具组合。基于B/S架构和WebGL三维框架的系统开发需求,选用W3C标准下的前端开发和基于Java、SQL语言的后端开发以及Three.js三维引擎等关键技术,并根据技术要求选用Intelli J IDEA、SQLyog等软件作为系统开发工具。(2)根据系统功能的需求分析,设计了地下工程三维信息系统的总体功能框架、平台网页架构以及数据库系统。结合Bootstrap框架和UI组件库设计出系统平台网页页面样式和基础架构,对比分析常用的数据库,选取适用性强、便于快速开发的My SQL数据库,并在此基础上设计数据表及其字段和内容分类等,最后结合地下工程三维信息系统功能特性,设计出系统平台的五个功能模块及各模块开发方案。(3)基于系统外部三维几何建模与内部工程属性融合,给出了地下工程三维信息系统的工程三维场景构建方法。选用能够输出多种模型格式的Rhino建模软件,创建深圳地铁新莲区间模型、徐州地铁南三环基坑及地上周边环境模型和云龙湖实验室山体硐室模型,选用能够便捷、快速创建地质结构和隧道模型的Civil3D及其Geotechnical Module插件,创建徐州地铁6号线丽市区间地质结构和盾构隧道模型。(4)通过WebGL开发和数据库链接,实现了地下工程三维场景模型交互展示和工程信息查询及监测预警功能。利用Three.js加载实现三维模型的展示与交互效果,并开发模型的动态实时剖切与视角转换功能;利用SQLyog和后端技术创建数据库系统完成数据录入、实现数据传输,并开发三维模型的工程信息查询与展示、监测数据可视化分析及测点模型监测预警等功能;利用Java Script API实现平台页面远程监控功能。(5)基于自行研发的地下工程三维信息平台,给出了实际地下工程应用系统的创建方法并进行了应用研究。基于徐州地铁南三环车站、丽市盾构区间和云龙湖山体实验室三个地下工程在安全监测与地质信息管理方面的需求,进行了工程应用基础研究。本文共有图127幅,表33个,参考文献110篇。
西山煤田岩矿标本精细化三维建模及其虚拟仿真平台设计与开发
这是一篇关于岩矿标本,三维建模,WebGL,虚拟仿真,二维码,OpenGL ES的论文, 主要内容为西山煤田岩矿标本具有唯一性和不可再生性,传统的馆藏展示不方便专业人员进行学术交流,同时也限制地学科普工作高效开展,因此岩矿标本三维模型受到广大地质工作者的青睐。以西山煤田岩矿标本作为主要研究对象,依据矿区岩矿标本结构纹理复杂、数量众多等特征,选择多视图图像三维重建技术,设计并搭建与之匹配的三维环物摄影装置采集采集三万余张高质量影像,优选Context Capture Center软件进行三维重建。在保证三维模型精度前提下通过将OBJ格式数据转换为GLB格式压缩三维模型数据内存。应用上述技术和方法优化了矿区岩矿标本三维重建流程,并对西山煤田300多块具有代表性的岩矿标本建立起精细化三维模型。以上技术实现了西山煤田岩矿标本数字化建设,在此基础上整合西山煤田各矿区众多地质成果,设计并开发西山煤田地质成果虚拟仿真平台。该平台采用B/S三层架构体系结构,以My SQL作为关系数据库,Express作为后端框架,前端使用Vue.js框架,设计并实现网站首页、地质科普、地质标本、地质规定、地质资料、地质系统、路线地质、地质演化八个功能模块。其中,地质标本模块结合WebGL技术,实现三维模型在网页上加载、缩放和旋转等功能,该模块还具备数据库标本查询,标本属性展示及语音朗读等功能。其它模块主要实现地质图片、文档、视频等资料浏览功能。该平台充分挖掘现有地质资源,提高资源利用率。将西山煤田地质成果虚拟仿真平台与二维码技术结合,为西山煤电集团资源地质部标本室设计、制作岩矿标本二维码标签卡片,标签上记录标本基本属性信息和二维码,地质工作者使用手机扫描标签二维码,便可直接跳转网站地质标本模块移动端界面,可查看标本三维模型和详细属性信息,包括化学成分、演化史、细节描述、地质年代等。利用Android技术和Open GL ES技术开发岩矿标本三维模型APP,初步实现Android手机随时随地浏览岩矿标本三维模型、属性信息及语音朗读等功能,可用于野外网络不良的地质工作环境。基于上述数字化及可视化建设的技术与方法,最终形成一套规范的矿区岩矿标本三维重建流程和虚拟仿真平台搭建流程,具有较高的可执行性和一定的经济效益,可有效提升西山煤电集团地质人员的专业素养和技能,拓展煤矿地质工作者的全局观、系统观、科学观以及地质视野。
基于深度学习和三维建模的数字城市地理信息系统的研究与实现
这是一篇关于深度学习,三维建模,目标分割,地理信息系统的论文, 主要内容为随着信息化社会的愈加成熟,智能化的数字城市建设成为大势所趋,大量信息系统的建成和使用,使人们对地理信息数据精细化、专业化和共享性等方面的要求更加严格,对于信息化孤岛,系统间不兼容等问题越加无法容忍。针对以上问题,本文提出以地理空间为基础,利用三维建模技术以及云计算,建立统一通用的地理信息系统。地理信息系统高效管理数字化城市建设,进一步提高营商服务水平,为领导决策提供可靠的依据和建议。本文简要阐述了深度学习、三维建模以及地理信息系统的研究状况,针对影响三维重建的因素,提出深度学习的方法去分割移动目标,再融合多源数据建成三维空间基底,最后以数字荔浦建设项目为依托,设计并建成地理信息系统。主要的研究工作如下:(1)首先是收集各部门历年来保存较好的影像数据、矢量数据、属性数据等,其次是利用中海达测绘设备、无人机以及徕卡便携式移动采集设备开展数据采集工作,补充数据资料,完成数据整合。(2)基于Mask R-CNN网络模型,引入通道注意力机制并调整特征金字塔路径融合的方式,对模型主干网进行改进,并构建改进的Mask R-CNN网络模型来分割目标;在实验中,使用Mask R-CNN和U-Net进行对比分析,利用平均精度对分割效果进行评价,结果表明改进的Mask R-CNN分割效果更好;对于识别并分割出的车辆及行人等移动目标,通过人工的方法对其进行移除,并使用改进的Criminisi算法进行影像修复。(3)针对各类数据三维建模的优缺点,提出融合多源数据开展三维建模的方法,有效匹配空地一体化多源影像数据并完成点云融合,通过context capture软件建立数字城市三维空间基底,设计了三种方案验证空地数据一体化三维建模的优越性和可行性,最后利用中误差原理,检验模型精度。(4)以数字荔浦建设项目为依托,统一数据标准,兼容异源数据,建成数据库和数据库管理系统;结合云GIS技术、SOA构架技术、聚合技术以及各类数据集,融入三维地图模块,搭建公共服务平台,建设应用示范子系统,初步完成地理信息系统建设。
数控铣床主轴系统关键部件静动态分析及优化设计
这是一篇关于三维建模,机床主轴,轴承刚度,静动态特性,优化设计的论文, 主要内容为在制造业不断发展的今天,机械加工的精度要求越来越高,作为“工业母机”的机床加工精度也不断提高。随着机床逐步向数控、智能等方向转变,机床主轴的静动态性能直接影响加工精度,因此对机床关键部件进行静动态分析及性能校核研究具有重要意义。本文以对某型数控铣床为研究对象,通过开展基于有限元软件的参数化建模对主轴关键部件进行了的动静态特性分析和优化设计。主要研究工作如下:(1)运用三维软件UG,根据二维CAD图上的各个零部件之间的关系,得到各个部件的尺寸,并根据装配关系装配出来的,得到基于UG的数字化建模。机床三维模型的建立,从整体上掌握机床的工作原理及基础性能,为以后的机床主轴部件动静态分析及优化设计打下基础。(2)运用有限元分析方法,首先对主轴轴承刚度进行分析。具体步骤为:在经典ANSYS14.0中建立轴承的三维模型,利用接触分析理论,选好接触单元,并在轴承内径施加余弦载荷,模拟真实约束情况,通过位移云图计算得到轴承刚度,并得到轴承的应力云图。(3)分析主轴静刚度,具体步骤为:首先建立主轴三维有限元模型,用弹簧阻尼系统单元(COMBIN14)模拟轴承约束情况,用质量单元(MASS21)模拟轴承质量,对主轴系统进行了静力学分析,得到了主轴的位移云图和应力云图,然后计算得到主轴静刚度。(4)分析主轴的动态特性,先进行模态分析,得到主轴的前十阶固有频率,并以此计算出主轴的临界转速。再进行谐响应分析,得到主轴关键部位位移——频率变化曲线。在静、动态分析之后,从分析结果中查找不足之处,以得到主轴性能优化目标,利用ANSYS的命令流(APDL)参数化设计语言,选用软件中自带的优化工具完成主轴的优化,最终使主轴静动态性能提高。
基于WebGIS的数字校园设计与实现
这是一篇关于数字校园,WebGIS,三维建模,CGA规则建模的论文, 主要内容为随着人类社会的不断发展,加之我国城镇化正处于加速发展时期,数字城市的建设势在必行。校园的运转离不开学习、生活、教研、管理等各方面内容,灵活高效的校园系统可以协调校园各个部门之间的运转效率,为校园师生工作生活提供良好的基础。因此,需要基于重庆交通大学校园现有的信息资源,建设三维数字校园系统,实现空间信息展示、查找、分析以及图书、教室、商务信息管理等功能的数字校园系统。论文以重庆交通大学南岸校区为研究对象,基于GIS数据作为建模基础,首先使用City Engine三维建模软件快速批量制作各种建筑物的三维模型;然后将三维场景发布到ArcGIS Server地理空间服务器,采用B/S技术搭建系统环境,使用JAVAEE+SSM开发框架和MySQL开源数据库,利用ArcGIS Server for JavaScript作为GIS客户端开发平台,使用TomCat开源应用服务器,实现和验证地图功能、实景校园、电商平台、图书管理、教室管理等模块,最后实现重庆交通大学数字校园系统平台。论文主要工作如下:(1)采集和处理校园地理空间数据,分析三维数字校园开发所需要的技术平台,了解其工作原理,给三维数字校园开发提供数据基础以及开发平台技术支持;(2)首先对比分析各建模软件,然后基于City Engine三维建模软件运用CGA规则代码,对建筑物、道路、地物这三个方面进行快速建模,对必要的模型进行动态参数调整,最后快速批量化生成三维场景;(3)综合分析三维数字校园系统以及各个子系统功能,完成对系统的架构整体设计以及数据库的设计,实现地图功能、教室管理功能、图书馆管理功能、电子商务、权限管理功能等系统子功能的设计;(4)将三维场景发布到地理空间服务器,基于开源开发框架和技术实现客户端以及服务端功能的开发,然后对系统的各个功能模块进行验证,最后实现基于WebGIS的三维数字校园系统。
基于WebGIS的数字校园设计与实现
这是一篇关于数字校园,WebGIS,三维建模,CGA规则建模的论文, 主要内容为随着人类社会的不断发展,加之我国城镇化正处于加速发展时期,数字城市的建设势在必行。校园的运转离不开学习、生活、教研、管理等各方面内容,灵活高效的校园系统可以协调校园各个部门之间的运转效率,为校园师生工作生活提供良好的基础。因此,需要基于重庆交通大学校园现有的信息资源,建设三维数字校园系统,实现空间信息展示、查找、分析以及图书、教室、商务信息管理等功能的数字校园系统。论文以重庆交通大学南岸校区为研究对象,基于GIS数据作为建模基础,首先使用City Engine三维建模软件快速批量制作各种建筑物的三维模型;然后将三维场景发布到ArcGIS Server地理空间服务器,采用B/S技术搭建系统环境,使用JAVAEE+SSM开发框架和MySQL开源数据库,利用ArcGIS Server for JavaScript作为GIS客户端开发平台,使用TomCat开源应用服务器,实现和验证地图功能、实景校园、电商平台、图书管理、教室管理等模块,最后实现重庆交通大学数字校园系统平台。论文主要工作如下:(1)采集和处理校园地理空间数据,分析三维数字校园开发所需要的技术平台,了解其工作原理,给三维数字校园开发提供数据基础以及开发平台技术支持;(2)首先对比分析各建模软件,然后基于City Engine三维建模软件运用CGA规则代码,对建筑物、道路、地物这三个方面进行快速建模,对必要的模型进行动态参数调整,最后快速批量化生成三维场景;(3)综合分析三维数字校园系统以及各个子系统功能,完成对系统的架构整体设计以及数据库的设计,实现地图功能、教室管理功能、图书馆管理功能、电子商务、权限管理功能等系统子功能的设计;(4)将三维场景发布到地理空间服务器,基于开源开发框架和技术实现客户端以及服务端功能的开发,然后对系统的各个功能模块进行验证,最后实现基于WebGIS的三维数字校园系统。
某职业技术学院虚拟系统的设计与实现
这是一篇关于OpenGL,虚拟漫游,三维建模,碰撞检测,实时交互性的论文, 主要内容为虚拟校园可以为校园提供一种三维虚拟环境，从而更好的实现校园的环境规划、资源管理、远程访问和学校发展。因此从学校数字化角度分析，虚拟漫游技术将在实现数字校园建设中发挥重要作用。 论文分析了某职业技术学院虚拟漫游系统桌面管理系统技术和结构组成，同时设计了一个基本满足某职业技术学院虚拟校园漫游系统的框架结构，同时对虚拟校园系统设计过程中的若干技术进行分析和探索。对校园的环境和建筑物进行三维模型分析，设计并实现了3DS MAX模型文件向OpenGL应用环境方向转变。同时利用OpenGL研究设计了校园虚拟漫游交互性所需要的各种技术方案，同时给出了完整的实现过程。详细研究设计了递归空间聚合碰撞检测的算法和原理，最后从软件工程角度对系统优化技术进行了分析。 系统总体上完成了某职业技术学院虚拟漫游系统的设计与实现。系统设计实现过程中所运用的递归空间聚合碰撞检测算法大大提高了系统碰撞检测的各种精度和速度指标。系统最后结合设计分析了系统设计实现过程中存在的问题，对虚拟漫游技术未来进行了展望。软件实现了客户提出的针对性要求，具有良好的可用性、稳定性和可维护性，能够切实为某职业技术学院提供很好的技术支持。
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