基于地形智能识别的自适应DSM滤波方法研究

介绍一种基于地形快速识别的自适应DSM滤波方法。该方法通过对地形类别的智能识别,达到对滤波参数的自适应调节,以改进三角网加密的滤波算法,实现对影像匹配生成的DSM全自动化滤波。算法后期通过引入已有基础测绘及省情矢量数据作为参考,对房屋和道路等人工地物区域进行精细化滤波处理,以减少影像纠正过程中人工地物变形比例,最终实现快速生产DOM的目的。     

一种应用于城市区域的自适应形态学滤波方法

数学形态学滤波是从激光雷达数据中识别地面点、创建数字高程模型的一种重要方法,在应用中取得了较好的效果,但也具有一些明显不足。在分析现有方法优劣及城市地形特点的基础上,提出一种应用于城市环境的自适应形态学滤波算法。该方法采用分层识别策略：首先通过分割得到地面主体部分;之后利用正规化高度值寻找其余地面区域;最后估计地物覆盖区域地面点取值。采用三个不同分辨率、不同地形/地物特点的数据集进行了实验,结果表明该方法能有效识别地面和地物点,并解决了窗口尺寸限制、粗差误判等问题。     

基于多特征聚类的复杂环境机载点云层次滤波方法

机载激光雷达(LiDAR)点云滤波是点云数据处理的关键步骤,决定着后续派生品应用的精细程度。针对复杂场景区各种地物的交错性和多态性、地形的突变(断裂)性、相邻地物和地面点高程的相似性等导致的难以区分地物点和地面点瓶颈,本文提出了一种基于多特征聚类的点云层次滤波方法。本文方法首先耦合点云几何和物理信息进行多特征点云聚类,然后发展一种顾及地形断裂的地面点簇识别方法捕捉各类地面点,最后利用捕捉到的地面点构建初始地面参考面,并借助多尺度层次点云滤波方法进一步查找原始点云中的地面点。以4组地形复杂且建筑物和植被混杂区点云数据为试验数据,将本文方法与6种代表性滤波算法对比表明,本文方法的平均总误差最小、滤波性能最优、稳定性最高。     

倾斜摄影三维模型与大场景地形的融合算法

针对现有的数据融合算法不能解决倾斜摄影的三维模型与大场景地形相互融合的问题,提出了一种基于外部缓冲区和TIN瓦片金字塔的数据融合新算法。采用在倾斜摄影地形外部建立过渡缓冲区的方法,解决了倾斜摄影地形和大场景地形的平滑过渡问题,这种方法还保证了倾斜摄影地形的精度。在过渡缓冲区内采样时构造了多条缓冲带,这种采样方法实现了采样密度从倾斜摄影地形到大场景地形的逐渐过渡;通过建立TIN瓦片金字塔实现了对多分辨率数据调度和纹理贴图的支持。实验结果表明,这种方法把倾斜摄影的三维模型与大场景地形很好地融合在一起,并且融合后的数据可以在三维地理信息系统中流畅地调度。     

基于多分辨率方向预测的LIDAR点云滤波方法

为了快速提取LIDAR点云中的地面点,生成高精度的DTM,提出了一种基于多分辨率方向预测的LIDAR点云滤波方法。该方法首先构建多种分辨率数据集,然后基于方向预测法以分辨率由低到高的顺序逐层进行数据集的平滑处理,最后以最高分辨率数据集的平滑结果为基准标记原始LIDAR点云。本方法通过分析反距离权重插值模型的不足,利用改进的模型进行裸露地面点的插值,得到高精度的DTM。实验表明,本文方法能有效地滤除地物,并保持原有的地形特征,算法效率高,具有一定的实用价值。     

一种基于分割的机载LiDAR点云数据滤波

针对当前滤波算法在处理地形不连续区域或存在复杂建筑物区域时容易过分＂腐蚀＂地形并难以去除一些低矮植被的不足,提出了一种基于分割的机载LiDAR点云滤波算法。首先,对原始点云基于地表连续性进行分割;然后,在移除点数目较小的粗差点集之后采用对分割点集建立缓冲区的方法,区分地面和非地面点集;在较大地物经过迭代分割基本移除之后,使用约束平面的方法移除高度较小的地表附着物以实现滤波。实验结果表明,与经典滤波算法相比,该算法提高了地面点的分类精度,在滤除地物信息的同时能有效地保留地形特征。     

面向大规模滑坡灾害模拟的地形建模与三维可视化

针对大规模滑坡灾害模拟时滑坡模拟计算和大规模地形渲染导致内存消耗大、难以实现大规模滑坡地形数据渲染的问题,提出了一种四叉树多分辨率地形渲染方法。考虑到大规模滑坡地形数据的海量性,分层分块组织地形数据,构建地形块线性四叉树索引;并结合提出的地形节点查找方法动态查找和调度地形数据,建立节点细分评价体系和地形接边算法,提出了四叉树多分辨率地形渲染优化算法。实验结果表明,利用所提出的大规模滑坡地形渲染算法,合理调度三维场景数据,满足了大规模滑坡地形数据渲染要求,也实现了大规模地形高保真度表达,为大规模滑坡模拟奠定基础。     

一种视相关多分辨率模型及其在地形绘制中的应用

介绍了地形模型的多分辨率表示方法,提出了一种基于四叉树的多分辨率地形模型.在该模型中,采用了一种新的与视点相依赖的动态误差度量准则,对四叉树地形模型的拼接缝消除算法进行了改进.实验结果表明该模型能实现地形场景的实时浏览,提高地形场景的绘制效率.     

大规模三维地形实时绘制的简化技术研究

在考虑地形特征和视相关特点的基础上,采用了一种简单的四叉树剖分评价函数用于实时生成动态的多分辨率地形模型。在三维场景漫游中,采用多级缓冲机制实现了视点快速移动下场景数据的调度和绘制,同时提出了一种综合考虑帧率和细分评价函数的自适应LOD调度方法,并采用和地形调度相一致的方法进行多级纹理映射。最后开展了算法实现的编程工作,实现了基于以上简化技术的大规模三维地形的可视化。     

战场地理空间信息可视化系统设计与研究

对当前流行的3DGIS系统进行了介绍,并研究提出了采用面向对象的方法来表达3D场景中的空间数据,基于栅格金字塔模型来组织和管理地形数据,基于视点相关的地形LoD方法实现了大范围漫游,基于参数化3D建模方法和矢量地物LoD来实现地物数据的建模和可视化的方法,设计和构建西北地区战场地理空间信息可视化系统(3DMGIS)。     

大规模地形实时绘制中的地平线遮挡剔除算法

大规模地形场景包含大量的几何数据,无法一次性载入内存,并具有极高的复杂度,因而无法进行实时绘制。本文提出一种用于大规模地形场景的实时地平线遮挡剔除算法。该算法采用四叉树结构构造地形的多分辨率层次细节模型,按照大致由前向后的顺序遍历地形时构建遮挡地平线,应用地形包围盒技术,把地形区域与地平线相比较,以确定何时它们对于视点来说完全被遮挡并剔除这些被遮挡的区域。实验结果表明在贴地漫游的情况下,显著提高了场景绘制速度,证明了此算法的有效性。     

大规模3维地形管理关键技术研究

阐述了构建大规模3维地形模型的关键技术,包括地形分块技术、地形层次细节构建、可见性剔除和基于视点的渲染技术。为了提高绘制的帧率,实现大规模3维地形漫游系统显示的平滑和连续,本文采用了基于四叉树结构的地形的连续多分辨率渲染;在考虑视点和地形粗糙度的基础上,设计了一种合理的节点评价系统;提出了限定四叉树的三角网剖分方法,有效消除了不同分辨率节点间的裂缝。实验结果表明,在保证地形真实感的前提下,这些技术实现3维地形显示可以获得较好的图形质量和显示速度。     

知识引导下的城区LiDAR点云高精度三角网渐进滤波方法

针对城区LiDAR点云特点,提出一种基于知识的三角网渐进滤波方法：①对格网内插后的栅格数据进行面向对象分割;②采用迭代Otsu聚类手段对地面对象与非地面对象自动分离;③针对分类结果构建初始三角网,并自适应调整地面点判据参数,达到提高滤波质量目的。选用ALS50系统真实数据进行滤波实验,并与传统方法滤波结果进行精度评价,评价结果表明：基于知识的滤波方法能进一步提高点云滤波质量。     

基于空间关系约束的虚拟高速铁路场景建模研究

在虚拟地理空间中开展复杂科学实验和管理分析,是目前及未来发展的一个重要趋势。本文对高速铁路场景中的线路、地物和地形对象的关系进行了详细分析,提出了基于空间关系描述的虚拟高速铁路场景建模方法。通过XML标记语言对线路、地物和地形的空间关系进行统一描述,引导和规范场景建模过程中的模型点位计算和地形处理过程。详细讨论了虚拟高速铁路的场景建模流程、场景对象空间关系定义、模型点位计算方法以及地形处理方法,并选择案例区域进行试验。试验结果表明该方法能够有效地理清虚拟场景中各种对象间的关系,从而可以快速建设符合现实标准的、具有高度仿真感觉的虚拟高速铁路场景。     

A procedural footprint enhancement of global topographic surface with multiple levels of detail

ABSTRACT

Virtual globes are technologies for visual navigation through a three-dimensional, multi-resolution model of the entire planet. Data representations used in virtual globes, however, lack geometric flexibility at high-resolution levels of the planet-wide terrain surface. This is a problem especially if boundaries between individual geospatial features and the terrain are important. A novel integration of individual polygonal boundaries with a specific multi-resolution representation of the planet-wide terrain is developed in this article. In the preparation stage, the integration relies on an original simplification algorithm applied to the polygonal boundaries between geospatial features and the terrain. Its output is a multiple level-of-detail (LOD) geometry, which can be combined with a known multi-LOD representation of the terrain that uses run-time triangulation. This data representation is suitable for storage in existing database systems, avoids any data redundancy across LODs, and is even independent of the subdivision schema that partitions the planet's surface for the sake of dealing with LODs. At run-time, a novel reconstruction algorithm stitches geometric parts from different LODs together in a manner that augments the multi-LOD representation of the terrain. Within a certain proximity range from a given position, the method reconstructs a scene that preserves topological relations between the boundaries of geospatial features with the terrain. The method also guarantees that certain nearest proximity to the given position consists of the best geometries that correspond to the original datasets. Such properties of the method close up the gap between a mere exploratory visualization of static, pre-generated models and the models supporting geospatial analysis, which is deemed crucial for applications in Geographic Information Systems, Building Information Modelling and other software industries. A prototype implementation and experiment results that prove this method are also presented.     

LiDAR数据滤波中基于切片的断裂线优化方法

为了克服一般自动滤波算法对复杂地形的不适应性而产生大量误分的现象,提出了基于切片数据的LiDAR数据线分类滤波算法。该算法利用人眼对地形判断的先验知识,并使用多层次自适应高度阈值的滤波方法得到初始滤波结果,再利用三维空间中的角度特性进行优化,从而对断裂线地形能取得很好的滤波效果。最后采用VC++编程实现了本文提出的线分类算法,并经过试验分析比较,证明了该算法的适用性,能够适应高精度DEM的快速制作。     

退化四叉树格网的全球多分辨率DEM无缝表达

为了实现全球多分辨率地形快速、高效模拟与可视化表达,本文探讨了基于球面退化四叉树的全球多分辨率DEM无缝建模方法,主要内容包括：提出了一种基于球面退化四叉树的全球DEM分块建模方法;设计并实现了四叉树块内（相邻节点间相差任意剖分层次）、四叉树块间、四叉树与非四叉树块间的自适应无缝拼接算法;应用VC++语言和OpenGL工具,设计开发了相应的可视化实验系统,结果表明：该模型方法实现了全球多分辨率DEM的无缝表达,并在保证精度的同时有效简化了全球DEM格网的数目,简化效率为66.8%（剖分层次为12）。     

一种基于GPU Tessellation的地形无缝绘制算法

针对传统多分辨率地形绘制算法构网速度慢、T型裂缝不易处理等问题,提出了一种GPU（graphic processing unit）构网的地形无缝绘制算法。首先,引入实时网格细分（tessellation）技术,将地形构网分为CPU粗粒度Tile网格构建和GPU细粒度Patch网格细分两个阶段;然后,Tile网格采用基于视距的细节层次模型进行LoD层次选择,Patch采用基于屏幕空间投影误差的细节层次模型完成网格细分,兼顾了视距和地形粗糙度对地形绘制的影响,实现了地形细节层次的自适应选择;最后,应用C++语言和DirectX 11工具,设计开发了相应的可视化实验系统。实验结果表明,该方法实现了多分辨率地形的自适应无缝表达,保证了地形网格的连续性;并通过合理平衡CPU-GPU负担,显著提升了地形渲染效率。