基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法

发布时间：2021-03-25所属分类：科技论文浏览：1次

摘 要： 摘要:传统的基于WebVR的激光传感器数据多维可视化方法，基于几何模型的激光传感器数据多维可视化方法与基于三维GIS空间的激光传感器数据多维可视化方法均存在数据处理速度慢的问题，为此设计一种基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法。采集激光传

　　摘要:传统的基于WebVR的激光传感器数据多维可视化方法，基于几何模型的激光传感器数据多维可视化方法与基于三维GIS空间的激光传感器数据多维可视化方法均存在数据处理速度慢的问题，为此设计一种基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法。采集激光传感器数据，对数据预处理，利用八叉树方法对数据空间进行划分，并定义传递函数，目的是为了获得三维数据场的数据属性，建立三维对象渲染模型，根据虚拟现实技术中的点、线、面等构建模型，以此完成激光传感器数据多维可视化处理。实验对比结果表明此次设计的基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法比传统的三种方法处理速度快，能够快速地传递激光传感器数据信息。

　　关键词:虚拟现实技术;激光传感器;空间;传递函数;拟合

　　1引言

　　激光传感器是一种利用激光技术进行测量的传感器，其由激光器、激光检测器和测量电路组成，激光传感器能够实现无接触测量，具有速度快、精度高、量程大和抗光等优点，已经被广泛应用到医学、精密制造业以及光学加工工业等领域。目前，常用的激光传感器数据多维可视化方法主要包括基于WebVR的激光传感器数据多维可视化方法、基于几何模型的激光传感器数据多维可视化方法与基于三维GIS空间的激光传感器数据多维可视化方法。虽然这三种方法能够取得一定的激光传感器数据多维可视化效果，但是存在数据处理速度慢的问题，为此设计一种基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法。虚拟现实技术是当前计算机科学领域中的研究热点之一，其克服了二维空间与沉浸感不强等缺点，以良好的三维性、灵活的交互性以及对硬件资源要求的简易性被广泛应用到各个领域中，因此，将虚拟现实技术应用到多激光传感器数据多维可视化中具有一定的实际应用意义。实验证明，此次设计的基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法比传统的三种方法数据处理速度快。

　　3激光传感器数据空间划分

　　采用八叉树方法对数据空间划分，在分割时需要制定停止条件，过多层次数产生的立方体过多，会对数据空间划分速度产生影响，出现数据采样重复的现象。

　　根据上述公式判断数据节点中包含的节点个数，若子节点中包含的单元个数小于最大单元个数，则停止划分。

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　　并设定数据的最大深度[4]，若划分后的数据超过最大深度，则停止划分。并计算时查看最大节点个数，若数据划分时数据节点合数大于最大节点个数，则停止划分。利用虚拟现实技术将激光传感器数据[5]作为一个虚拟环境，以对数据场所在的空间进行可见性判断，视见体计算模型如图1所示:

　　4激光传感器数据可交互传递函数建立

　　定义传递函数的目的是为了获得三维数据场的数据属性[7]，传递函数的定义域一般分为一维、二维和多维的传递函数[8]。由于此次研究的是基于虚拟现实技术的数据可视化方法，因此采用一维传递函数。一维传递函数以激光传感器数据为标量值[9]，即将数据的灰度属性值作为传递函数的输入，表达式如下所示:

　　5激光传感器数据多维可视化实现

　　在上述激光传感器数据采集、激光传感器数据空间划分[14]与激光传感器数据可交互传递函数建立的基础上，对激光传感器数据多维可视化操作。

　　通过上述分析可知，在虚拟现实技术下，激光传感器数据的空间信息[15]、属性信息和时态信息不同，多以根据对象渲染机制[16]，建立三维对象渲染模型，根据虚拟现实技术中的点、线、面等构件模型。

　　虽然上述过程对数据进行了简单的处理，但是实际采集到的激光传感器数据多为离散数据，在一定的时空范围内[17]，采集的数据比较稀少。为减少激光传感器数据可视化表现时的离散性，采用时空差值方法进行考虑，主要包括以下几个方面:

　　第一，数据空间不同，数据中的要素空间也不同，对同一区域采集的数据需要在各自的时间轴上进行数据拟合，对数据差值处理;

　　第二，时间不同，同一个区域的不同时间采用不同的空间拟合方法对数据拟合[18];

　　第三，同时考虑时间和空间信息，考虑不同时间的周围点信息。

　　6实验对比

　　为了保证此次设计的基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法具备实际应用意义，进行实验，并将传统的基于WebVR的激光传感器数据多维可视化方法、基于几何模型的激光传感器数据多维可视化方法与基于三维GIS空间的激光传感器数据多维可视化方法3种方法与此次设计的方法对比，对比4种方法的处理速度。

　　6.1实验平台搭建

　　在NADA环境下对4种激光传感器数据多维可视化方法进行实验，具体平台如图4所示。

　　实验中，激光传感器数据采用某网站中的数据，在进行每次实验时，按照实验步骤选择各项设备，并观察实验过程，记录实时生成的实验数据，保证所取得的实验结果与实际环境下的结果相同。在实验结束后退出软件即可，无需整理设备，以减少实验设备损耗。

　　6.2实验结果分析

　　4种激光传感器数据多维可视化方法的对比结果如图5所示。

　　分析图5可知，此次设计的基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法在对数据多维可视化处理时，处理速度平稳，并且用时较少，代表此次设计的方法的处理实时性高;基于WebVR的激光传感器数据多维可视化方法在前2次的实验过程中处理时间较少，但是在后3次的实验中数据处理时间处于逐渐增加的态势，处理速度越来越慢;基于几何模型的激光传感器数据多维可视化方法与基于三维GIS空间的激光传感器数据多维可视化方法两种方法的处理速度相差较小，处理时间相对较长，代表这两种方法在数据处理上速度较慢。

　　因此，通过上述实验能够证明此次设计的基于虚拟现实技术的激光传感器数据多维可视化方法比传统的基于WebVR的激光传感器数据多维可视化方法、基于几何模型的激光传感器数据多维可视化方法与基于三维GIS空间的激光传感器数据多维可视化方法3种方法数据多维可视化处理速度快，能够达到预期的目标，具有极强的激光传感器数据多维可视化能力。

　　7结束语

　　采用了虚拟现实技术，设计激光传感器数据多维可视化方法，并通过实验验证了此次设计的方法的有效性，这在数据多维可视化中具有重要的作用。通过该方法能够清晰地传达与沟通激光传感器数据多维化信息，为实际应用提供一定借鉴。然而，此次设计的方法还存在一定的不足，在后续的研究中将重点研究数据显示效果，为激光传感器数据多维可视化的实际应用提供理论依据和参考。——论文作者：刘洋1，曹宇2，辛旭3