基于虛擬現實技術的激光傳感器數據多維可視化方法

發布時間：2021-03-25所屬分類：科技論文瀏覽：1299次

摘 要： 摘要:傳統的基于WebVR的激光傳感器數據多維可視化方法，基于幾何模型的激光傳感器數據多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數據多維可視化方法均存在數據處理速度慢的問題，為此設計一種基于虛擬現實技術的激光傳感器數據多維可視化方法。采集激光傳

　　摘要:傳統的基于WebVR的激光傳感器數據多維可視化方法，基于幾何模型的激光傳感器數據多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數據多維可視化方法均存在數據處理速度慢的問題，為此設計一種基于虛擬現實技術的激光傳感器數據多維可視化方法。采集激光傳感器數據，對數據預處理，利用八叉樹方法對數據空間進行劃分，并定義傳遞函數，目的是為了獲得三維數據場的數據屬性，建立三維對象渲染模型，根據虛擬現實技術中的點、線、面等構建模型，以此完成激光傳感器數據多維可視化處理。實驗對比結果表明此次設計的基于虛擬現實技術的激光傳感器數據多維可視化方法比傳統的三種方法處理速度快，能夠快速地傳遞激光傳感器數據信息。

　　關鍵詞:虛擬現實技術;激光傳感器;空間;傳遞函數;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無接觸測量，具有速度快、精度高、量程大和抗光等優點，已經被廣泛應用到醫學、精密制造業以及光學加工工業等領域。目前，常用的激光傳感器數據多維可視化方法主要包括基于WebVR的激光傳感器數據多維可視化方法、基于幾何模型的激光傳感器數據多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數據多維可視化方法。雖然這三種方法能夠取得一定的激光傳感器數據多維可視化效果，但是存在數據處理速度慢的問題，為此設計一種基于虛擬現實技術的激光傳感器數據多維可視化方法。虛擬現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，將虛擬現實技術應用到多激光傳感器數據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實技術的激光傳感器數據多維可視化方法比傳統的三種方法數據處理速度快。

　　3激光傳感器數據空間劃分

　　采用八叉樹方法對數據空間劃分，在分割時需要制定停止條件，過多層次數產生的立方體過多，會對數據空間劃分速度產生影響，出現數據采樣重復的現象。

　　根據上述公式判斷數據節點中包含的節點個數，若子節點中包含的單元個數小于最大單元個數，則停止劃分。

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　　并設定數據的最大深度[4]，若劃分后的數據超過最大深度，則停止劃分。并計算時查看最大節點個數，若數據劃分時數據節點合數大于最大節點個數，則停止劃分。利用虛擬現實技術將激光傳感器數據[5]作為一個虛擬環境，以對數據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激光傳感器數據可交互傳遞函數建立

　　定義傳遞函數的目的是為了獲得三維數據場的數據屬性[7]，傳遞函數的定義域一般分為一維、二維和多維的傳遞函數[8]。由于此次研究的是基于虛擬現實技術的數據可視化方法，因此采用一維傳遞函數。一維傳遞函數以激光傳感器數據為標量值[9]，即將數據的灰度屬性值作為傳遞函數的輸入，表達式如下所示:

　　5激光傳感器數據多維可視化實現

　　在上述激光傳感器數據采集、激光傳感器數據空間劃分[14]與激光傳感器數據可交互傳遞函數建立的基礎上，對激光傳感器數據多維可視化操作。

　　通過上述分析可知，在虛擬現實技術下，激光傳感器數據的空間信息[15]、屬性信息和時態信息不同，多以根據對象渲染機制[16]，建立三維對象渲染模型，根據虛擬現實技術中的點、線、面等構件模型。

　　雖然上述過程對數據進行了簡單的處理，但是實際采集到的激光傳感器數據多為離散數據，在一定的時空范圍內[17]，采集的數據比較稀少。為減少激光傳感器數據可視化表現時的離散性，采用時空差值方法進行考慮，主要包括以下幾個方面:

　　第一，數據空間不同，數據中的要素空間也不同，對同一區域采集的數據需要在各自的時間軸上進行數據擬合，對數據差值處理;

　　第二，時間不同，同一個區域的不同時間采用不同的空間擬合方法對數據擬合[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實技術的激光傳感器數據多維可視化方法具備實際應用意義，進行實驗，并將傳統的基于WebVR的激光傳感器數據多維可視化方法、基于幾何模型的激光傳感器數據多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數據多維可視化方法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環境下對4種激光傳感器數據多維可視化方法進行實驗，具體平臺如圖4所示。

　　實驗中，激光傳感器數據采用某網站中的數據，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據，保證所取得的實驗結果與實際環境下的結果相同。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種激光傳感器數據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實技術的激光傳感器數據多維可視化方法在對數據多維可視化處理時，處理速度平穩，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的激光傳感器數據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次的實驗中數據處理時間處于逐漸增加的態勢，處理速度越來越慢;基于幾何模型的激光傳感器數據多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數據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據處理上速度較慢。

　　因此，通過上述實驗能夠證明此次設計的基于虛擬現實技術的激光傳感器數據多維可視化方法比傳統的基于WebVR的激光傳感器數據多維可視化方法、基于幾何模型的激光傳感器數據多維可視化方法與基于三維GIS空間的激光傳感器數據多維可視化方法3種方法數據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據多維可視化能力。

　　7結束語

　　采用了虛擬現實技術，設計激光傳感器數據多維可視化方法，并通過實驗驗證了此次設計的方法的有效性，這在數據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據多維化信息，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，在后續的研究中將重點研究數據顯示效果，為激光傳感器數據多維可視化的實際應用提供理論依據和參考。——論文作者：劉洋1，曹宇2，辛旭3

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