利用球体剖分瓦块构建真三维数字地球平台

全球离散网格是面向空间大数据的模型框架,常用于构建数字地球平台。基于球体的剖分瓦块不仅可以构建真三维的数字地球模型,而且可以实现天地一体化的空间数据集成、融合、表达和应用。本文详细论述了球体大圆弧QTM八叉树网格的剖分原理、网格几何特征分析和编解码方法等理论体系,并利用剖分瓦块实现了球体的任意分割以及地下、地表和空中实体的可视化建模。研究表明,球体QTM网格具有剖分规则简单、体系规整、几何特征明晰,适用性强等特点,尤其是可以推广到椭球。因而,该方案可用于天地一体化的空间数据的组织、管理与应用。     

基于修正SGOG编码的三维地层模型转换研究

通过解决修正球体大圆弧八叉树剖分(SGOG)编码与传统坐标系的转换问题,将面矢量三维地层模型转换为以体元为结构的三维地层模型.组成模型的体元结构均对应修正SGOG编码,可将三维地层模型融合到整个地球空间,实现地上、地下和地表的一体化.     

球面四元三角网修正方向编码的邻近搜索算法

针对球体测地线八叉树网格(SGOG)采用的修正方向编码邻近关系复杂的问题,该文提出了其邻近搜索算法.先对修正方向编码特征进行分析,发现在递归剖分过程中,子三角形(剖分层次n≥3)相对于其二级父三角形的位置是固定的,随后给出了三角网格方向判断及邻近规则.结果表明,本文算法的效率大约为传统球面四元三角网(QTM)Bartholdi搜索算法的6倍.本研究对SGOG在时空大数据管理与建模中的应用具有重要意义.     

剖分网格下顾及用户兴趣的矢量地图多尺度表达方法

在海量空间数据的组织与表达方面,与传统的空间数据模型与方法相比,地球剖分网格表现出了极大的优势。鉴此,本文提出了一种剖分网格下顾及用户兴趣的矢量地图多尺度表达方法,首先利用大量POI数据构建空间兴趣场模型,描述用户对地理信息的兴趣的空间分布;然后对空间要素进行分类分级,确定其表达的尺度范围;运用GeoSOT剖分理论划分不同层次的剖分面片,建立剖分面片与尺度的对应关系,根据用户对剖分面片所在区域的兴趣度大小,表达不同详细程度的空间要素,实现基于用户兴趣的空间数据多尺度表达。实验表明,该方法能够满足用户由概略到详细、由重要到次要的空间认知需求,同时能够获得较好的多尺度表达效果。     

基于规则的数字校园三维场景建模方法研究

从三维建模所需数据的获取到地形、地物模型的构建等方面进行探讨,研究了系统三维GIS场景的建立方法,并且,选取XX地区作为研究区域,包括数据的获取及处理、地物与地形的匹配,然后基于规则对三维场景进行建筑物、道路、操场、树木等模型构建并导出到Geodatabase数据库中。基于规则的三维场景建模方法适用于大面积相似建筑物的模型构建,并且大大地提高了其建模效率。     

一种农田灌溉渠系三维参数化建模方法

针对当前大多数灌溉渠道工程三维建模过程效率低、模型难以复用的问题,该文提出一种基于参数化的渠系三维建模方法。利用三维GIS技术,以渠道三维中心线和横断面参数为基础,辅以周边地形,采用横断面放样法生成单体模型、中心线平移法生成渠道交叉口,基于模型运算将上下级渠道组合在一起,基于地形编辑将渠道模型与周围地形进行无缝集成。实现了复杂断面类型的渠道三维信息模型在真实坐标下的设计与展示,解决了渠道交叉、分支以及与地形分离的问题,取得了较高的土方量计算精度。实例分析表明,应用参数化建模方法能够基于真实的地理数据建立三维场景,提高了建模效率和模型精度。     

全球经纬度网格的雷达探测范围真三维建模

针对雷达探测范围会受到复杂地形因素影响,单一地依靠电磁传播模型可视化雷达探测区域很难真实有效地展现电磁覆盖情况的问题,该文提出一种基于GeoSOT-3D空间剖分的雷达探测范围的计算与表达一体化的真三维模型。GeoSOT-3D剖分框架将上至地球50 000km,下至地心的全部地球空间划分成多层次、多尺度空间体元,体元可承载多源异构空间数据。依据GeoSOT-3D的剖分流程,将地形数据、雷达探测空间数据离散化。最后,开发了雷达探测范围可视化验证平台。实验结果表明,该建模方法对复杂的地形适应性强,可视化表现效果真实直观。     

基于GeoVRML的三维可视化场景模型构建

本文阐述了利用GeoVRML技术构建三维可视化地形场景模型的方法。GeoVRML克服了VRML在地学领域的不足之处,可以满足大区域范围地学场景模型构建的需要,且其开发难度较低。利用该技术实现了义乌市某区域的地形场景模型。     

球体测地线八叉树网格的B-rep区域填充算法

地理实体的网格化是地球系统空间网格ESSG面向真三维地理空间计算的基础.针对ESSG现有研究缺乏任意形状体要素网格化方法的问题,面向真三维地质实体构模,以钻孔数据生成的基于封闭不规则三角网的边界表达B-rep作为三维空间实体的边界约束,依据ESSG中体元的空间拓扑关系,提出一种基于球体测地线大圆弧八叉树网格SGOG的三维空间区域填充算法.主要步骤包括空间直线段的网格化、B-rep三角面的网格化和基于上述点、面边界约束的三维空间径向扫描式填充.实验表明,该算法可以实现三维空间的网格填充,且算法的速度快、效率高.     

用于大范围虚拟地形环境的动态场景管理方法

由于硬件条件的限制,超大规模的地形数据不可能在开始阶段全部载入内存进行3维场景渲染.文中提出了一种用于大范围海量地形数据3维显示的动态场景管理方法,该方法按照规则网格贴片对虚拟场景进行剖分,在漫游时根据视点参数建立可见和潜在可见缓冲区来确定当前应该调度和进行渲染的网格单元;在场景漫游时对各个规则网格单元建立具有多细节层次的四叉树,实现了对整个场景的多细节层次渲染.     

OSGEarth的3D场景可视化关键技术实现

针对数字地球的开源框架平台的搭建,研究了OSGEarth数字地球开源库的整体框架、实时地形渲染机制及三维地形场景中的交互响应机制,并结合Qt绘图引擎,设计了基于Qt平台下的数字地球平台,利用该框架实现矢量、影像、高程数据的加载和坐标查询、距离测量、注记符号添加等地理信息查询功能,通过加载Google全球影像与地形数据实现三维地形场景的渲染,实现地理信息查询功能验证了该数字地球平台的可用性,拓展了三维地理信息系统的研究方向。     

基于X3D的虚拟三维场景漫游系统设计与实现

X3D是新一代的互联网3D图形规范,为构建基于Web的虚拟三维场景及其人机交互提供了一种新的途径。提出了基于X3D的虚拟三维场景的建模方案,采用了地理信息系统的图层化方法将虚拟三维场景数据划分为独立地物、植被、交通、建筑物和数字地形等数据层,介绍了各数据层的三维建模及实现方法,并以一个典型的城市小区为例阐述了虚拟三维场景的优化与整合技术。     

基于倾斜摄影的实景三维单体化模型构建方法

倾斜摄影实景三维模型是由连续的三角网通过纹理贴图组成,模型上各地理要素具有“一张皮”的特点。针对无法管理与编辑模型上各地理对象的问题,本文提出了基于倾斜摄影实景模型进行单体化建模的技术方法。首先,利用倾斜航空摄影技术,探讨了基于Street Factory实景三维模型全自动构建方法;然后,以生成的实景三维模型为基础,利用倾斜摄影实景模型单体化建模方法,完成了地理对象单体化模型与属性数据库的搭建。本文以土默特右旗城区为试验区,通过对空三加密的精度分析,有效验证了本文实景三维模型的构建精度,为模型中地理对象属性的查询、管理和应用提供了方便,有效扩大了模型数据的应用领域,对内蒙古智慧城市建设具有一定的参考价值。     

顾及地物类别的倾斜摄影三维模型简化方法

基于倾斜摄影测量的三维建模已成为城市级实景三维建设的发展趋势。在城市三维模型中,由于植被表面不平整,需要用大量的三角面来刻画,但这并不是实景三维数据记录和表达的重点,并且大量的数据会给模型展示和应用带来很大的困难。因此,本文提出了一种顾及地物类别的倾斜摄影三维模型简化方法。首先,计算三维模型的纹理信息和几何信息,结合马尔可夫随机场(MRF)顾及空间一致性的优点提取植被;然后,采用二次误差测度(QEM)算法简化特定的植被区域;最后,对简化后的白膜模型进行纹理重映射。试验结果表明,本文方法能够准确提取并有效简化植被区域,纹理重映射的结果在外观上也与原始模型相差无几,取得了预期的良好效果。     

一种面向大区域不规则河道的水流仿真方法

从3D GIS的需求出发,实现了一种适合在大区域范围内仿真不规则河道中水流的方法。该方法综合研究了在大区域环境下仿真水流的LOD方案、场景数据组织与调度、水面建模方法以及水面反射、波浪、动态高光等现象的模拟方法。在金沙江下游梯级水电站水文泥沙数据库及信息管理分析系统中的应用证明了该方法的可行性。     

基于Creator3维地形仿真研究与实现

城市仿真以其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积3维地形仿真等特性越来越受到人们的关注。特别是对真实环境模拟的大场景3维地形建设,在国土监测、军事、环境保护等方面应用非常广泛。本文结合3维建模软件Creator Pro V 3.01中的地形模块,介绍了3维地形生成的基本理论,讨论了在Creator ProV 3.01中构建地形的方法,并以蓟县山区地形数据为例,建立了视觉效果较好的大场景3维地形模型,最后进行了渲染和驱动。     

IMU/DGPS辅助车载CCD及激光扫描仪三维数据采集与建模

三维信息快速采集是真实场景建模与三维虚拟现实技术的关键。本文提出了一种基于激光扫描仪、线/面阵CCD相机及GPS与IMU等多种传感器融合的车载移动式数据快速采集系统。各传感器安置在车内稳定平台上并随车保持一致的运动姿态。通过对GPS和IMU数据进行卡尔曼(Kalman)滤波,可推测出整个系统及各传感器的位置和最佳姿态估计;从扫描仪点云数据可提取出街道场景中事物的三维几何信息;线阵CCD相机用于获取路面带状地物等线性特征;面阵CCD采集街道两侧面状纹理信息,从而快速获得城市目标的地理坐标和三维建模信息,由此可重建城市路面街道的三维真实场景。     

基于三棱柱11剖分法的海洋温度场动态三维建模方法研究

海水的温度是海洋物理性质中最基本的要素之一,随着对地球研究的逐步深入,数字地球的建模范围也从陆地向海洋延伸,从静态向动态建模发展。由于海洋每时每刻都在变化,对海洋温度场的三维建模尤其是动态三维建模尤为困难。本文分析了海洋温度场数据获取的方法,并从动态温度场数据的特点出发,提出了基于三棱柱11剖分法的海洋温度场动态三维建模方法,提取对象中的等温面作为特征对三维温度场进行建模和表达。实验表明,本文提出的方法可以高效地对动态三维温度场进行建模和表达。