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第1章 Z规格对国产化软件工程实践的探讨 1

1.1 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.1.2 形式化软件工程概述 2

1.2 理论研究 6

1.2.1 Z语言概述 6

1.2.2 Z语言的使用 8

1.2.3 设计实现 14

1.2.4 自动生成Z规格说明 20

1.3 Z规格的推理与测试 24

1.3.1 形式化推理 25

1.3.2 Z规格的测试 31

1.3.3 举例说明 33

1.4 总结和展望 37

1.4.1 研究总结 37

1.4.2 研究展望 38

参考文献 38

第2章 点云的高精度地形融合算法研究 40

2.1 绪论 40

2.1.1 研究背景和意义 40

2.1.2 国内外研究现状 41

2.1.3 研究目标和问题描述 42

2.2 点云地形数据及融合算法概述 43

2.2.1 点云地形数据概述 44

2.2.2 多源数据融合分类 46

2.2.3 点云地形融合算法概述 48

2.2.4 小结 54

2.3 点云地形融合算法 54

2.3.1 点云地形融合算法程序 54

2.3.2 融合算法流程图 56

2.3.3 算法说明 56

2.3.4 主要架构 59

2.3.5 小结 61

2.4 算法仿真及评价 62

2.4.1 仿真软件介绍 62

2.4.2 地形数据预处理 63

2.4.3 MATLAB导入/导出及融合处理 66

2.4.4 融合算法精度评价 71

2.4.5 小结 73

2.5 总结与展望 73

2.5.1 研究总结 74

2.5.2 研究展望 74

参考文献 74

第3章 基于粒子系统的海量云层数据的可视化研究 77

3.1 绪论 77

3.1.1 研究背景和意义 77

3.1.2 研究目标和问题描述 79

3.2 相关理论技术介绍 80

3.2.1 计算机可视化技术 80

3.2.2 粒子系统 80

3.2.3 LOD技术 84

3.2.4 微软Visual Studio 2008开发环境 85

3.2.5 OpenGL图形库 85

3.2.6 Qt库 85

3.2.7 开发环境 85

3.2.8 小结 86

3.3 云层特征分析及生成算法研究 86

3.3.1 云层分类 86

3.3.2 云层可视化方法分析 87

3.3.3 云层可视化算法研究 89

3.3.4 海量云层数据可视化效果分析 95

3.3.5 小结 97

3.4 海量云层数据可视化系统设计 97

3.4.1 系统体系结构 97

3.4.2 云层数据可视化系统功能分析 98

3.4.3 外部数据读取 100

3.4.4 外推数据获取 101

3.4.5 可视化云层文件导出 103

3.4.6 小结 109

3.5 海量云层数据可视化系统性能优化 109

3.5.1 LOD技术基本思想 110

3.5.2 LOD细节层次模型的建模方法 111

3.5.3 LOD细节层次模型的选择方法 112

3.5.4 LOD技术实现算法 113

3.5.5 LOD技术在海量云层数据可视化系统中的应用 113

3.5.6 小结 115

3.6 总结与展望 115

参考文献 116

第4章 深空探测三维实时可视化模型创建与管理研究 118

4.1 绪论 118

4.1.1 研究背景和意义 118

4.1.2 国内外研究现状分析 120

4.2 三维模型的创建 123

4.2.1 建模工具介绍 123

4.2.2 模型构建类别 123

4.2.3 模型创建过程 123

4.2.4 小结 132

4.3 3DS文件格式的规范化描述 132

4.3.1 巴科斯范式 132

4.3.2 3DS文件格式解析 133

4.3.3 基于BNF的3DS文件格式描述 134

4.3.4 实例分析 135

4.3.5 小结 137

4.4 3DS文件特征提取器的设计与实现 138

4.4.1 文件格式选择 138

4.4.2 3DS文件特征提取器的设计 138

4.4.3 3DS文件特征提取器的实现 139

4.4.4 小结 142

4.5 分类编码器的设计与实现 143

4.5.1 分类编码规范 143

4.5.2 分类编码器的设计 145

4.5.3 分类编码器的实现 147

4.5.4 小结 150

4.6 三维模型分类编码实例验证 150

4.6.1 天宫一号 151

4.6.2 土卫三 152

4.6.3 星特朗天文望远镜 153

4.6.4 小结 154

4.7 总结与展望 154

4.7.1 研究总结 154

4.7.2 研究展望 155

参考文献 155

第5章 基于数据可视化的信息传承与长期保存研究 158

5.1 绪论 158

5.1.1 研究背景与意义 158

5.1.2 数据可视化概述 160

5.1.3 信息传承和长期保存概述 160

5.1.4 研究目标、方法与内容 163

5.1.5 研究创新点 164

5.2 国内外研究现状 164

5.2.1 数据可视化国内现状 164

5.2.2 数据可视化国外现状 165

5.2.3 信息传承和长期保存国内现状 167

5.2.4 信息传承和长期保存的国外现状 167

5.3 多种信息可视化技术 168

5.3.1 Cartogram方法 168

5.3.2 3DMaps可视化 168

5.3.3 空间填充方法 169

5.3.4 气泡图 170

5.4 融合可视化系统 171

5.4.1 数据挖掘 171

5.4.2 融合可视化系统描述 171

5.4.3 系统框架 172

5.4.4 融合可视化效果图 172

5.5 系统设计实现 173

5.5.1 数据处理模块 173

5.5.2 可视化模块 174

5.6 Cartogram方法反映人口密度的实例分析 175

5.6.1 人口预测数学模型 175

5.6.2 区域人口预测实例分析 176

5.6.3 Cartogram方法可视化展示具体步骤 180

5.7 总结与展望 183

5.7.1 研究总结 183

5.7.2 研究展望 183

参考文献 184

第6章 基于FreeForm的虚拟产品设计研究 187

6.1 绪论 187

6.1.1 引言 187

6.1.2 研究背景 187

6.1.3 研究现状 188

6.1.4 研究内容及意义 190

6.2 基于力反馈的FreeForm系统框架 191

6.2.1 几何建模系统 191

6.2.2 计算机触觉系统 193

6.2.3 FreeForm触觉式设计系统 197

6.2.4 小结 202

6.3 面向自由建模的力触觉接口 202

6.3.1 力反馈系统基本原理 202

6.3.2 OpenHaptics开发包 203

6.3.3 小结 205

6.4 基于OpenGL的STL数据读取和显示 205

6.4.1 STL数据格式 205

6.4.2 STL文件的读取与显示 207

6.4.3 小结 208

6.5 FreeForm在虚拟产品设计中的应用 208

6.5.1 虚拟产品设计的要素及其现状分析 208

6.5.2 FreeForm在产品周期中的作用分析 210

6.5.3 FreeForm在玩具设计中的应用 210

6.5.4 FreeForm在工艺品设计中的应用 213

6.5.5 FreeForm在逆向工程中的应用 215

6.5.6 小结 217

6.6 总结与展望 217

6.6.1 研究总结 217

6.6.2 研究展望 218

参考文献 218

第7章 FreeForm触觉建模下的月球三维打印 220

7.1 绪论 220

7.1.1 研究背景和意义 220

7.1.2 国内外研究现状 221

7.1.3 主要研究内容及创新点 223

7.2 相关技术与研究平台 223

7.2.1 虚拟触觉设计FreeForm系统研究 223

7.2.2 三维打印技术研究 228

7.2.3 小结 232

7.3 基于FreeForm系统的月球模型设计 232

7.3.1 平面分块法建模 233

7.3.2 平面等分法建模 239

7.3.3 小结 240

7.4 基于FreeForm系统的月球模型改进 240

7.4.1 确立月球基本模型 240

7.4.2 经纬线法切割模型 242

7.4.3 误差处理 247

7.4.4 小结 247

7.5 基于三维打印的月球模型制造 248

7.5.1 切片处理月球模型 248

7.5.2 三维打印月球模型 252

7.5.3 月球模型后期制作 255

7.5.4 小结 256

7.6 总结与展望 256

7.6.1 研究总结 256

7.6.2 研究展望 257

参考文献 257

第8章 云台与虚拟场景的双向通信控制系统 260

8.1 绪论 260

8.1.1 研究背景和意义 260

8.1.2 国内外研究现状 262

8.2 云台介绍与应用 264

8.2.1 云台系统介绍 264

8.2.2 二自由度云台分析 266

8.2.3 小结 267

8.3 虚拟场景与云台系统 267

8.3.1 三维场景软件 268

8.3.2 数据通信 270

8.3.3 小结 273

8.4 云台二自由度姿态获取 274

8.4.1 惯性测量装置 274

8.4.2 姿态传感设备的选择 275

8.4.3 I2C总线概述 277

8.4.4 动作反馈控制平台 278

8.4.5 小结 279

8.5 姿态获取软件设计 279

8.5.1 MPU-6050的数据采集 280

8.5.2 MPU-6050的数据格式 281

8.5.3 MPU-6050的数据处理 282

8.5.4 卡尔曼滤波算法处理结果 283

8.5.5 小结 284

8.6 总结与展望 284

8.6.1 研究总结 284

8.6.2 研究展望 285

参考文献 286

第9章 个人计算机虚拟博物馆设计与实现 288

9.1 绪论 288

9.1.1 研究背景和意义 288

9.1.2 国内外研究现状 289

9.1.3 主要研究内容 290

9.2 个人计算机虚拟博物馆研究概述 290

9.2.1 实体个人计算机博物馆 290

9.2.2 虚拟博物馆理论 291

9.2.3 个人计算机虚拟博物馆的功能 292

9.2.4 视觉形象识别系统艺术效果研究 293

9.2.5 小结 294

9.3 个人计算机虚拟博物馆总体设计 295

9.3.1 场景布局设计 295

9.3.2 视觉效果设计 297

9.3.3 虚拟交互设计 301

9.3.4 小结 302

9.4 个人计算机虚拟博物馆设计制作与研究 302

9.4.1 空间环境3D模型制作 302

9.4.2 个人计算机3D模型制作 306

9.4.3 材质贴图效果制作 313

9.4.4 灯光设置 314

9.4.5 摄像机设置 315

9.4.6 烘焙设置 315

9.4.7 Unity3D制作 316

9.4.8 成品效果 317

9.4.9 小结 319

9.5 总结与展望 319

9.5.1 研究总结 319

9.5.2 研究展望 319

参考文献 320

第10章 基于HTML5的Web3D实现计算机技术 322

10.1 绪论 322

10.1.1 引言 322

10.1.2 研究背景和意义 322

10.1.3 国内外发展动态 323

10.1.4 主要研究内容和功能介绍 323

10.1.5 相关技术 324

10.1.6 开发工具及调试环境 326

10.2 Web3D功能实现 328

10.2.1 WebGL的实现流程 328

10.2.2 使用框架库绘制Web3D 330

10.2.3 展示复杂模型 338

10.3 网络通信方式 340

10.3.1 网络通信方式对比 340

10.3.2 WebSocket实现原理 342

10.4 原型系统实现 343

10.4.1 系统结构 343

10.4.2 服务器的建立 343

10.4.3 远程数据采集终端与服务器通信 345

10.4.4 服务端与客户端WebSocket通信 345

10.4.5 Web3D交互实现 348

10.5 研究总结 351

参考文献 352

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