利用多分辨率半边进行全球多分辨率DEM无缝表达

应用传统四叉树结构进行全球多分辨率数字高程模型（digital elevation model,DEM）表达时,不同层次相邻格网间会产生裂缝问题,尽管目前有许多裂缝消除的方法,但大都是属于"后期处理",且存在诸多限制。为此,引入多分辨率组合映射理论,提出了一种基于多分辨率半边结构的全球多分辨率DEM无缝表达方法。首先给出了基于多分辨率组合映射的多种全球离散格网统一表达方法和裂缝消除原理,并以球面菱形格网为例,提出多分辨率半边编码方法和坐标转换方法;然后,设计并实现了一种全球多分辨率DEM无缝表达算法;最后,应用C++语言和DirectX工具,开发了相应的可视化实验系统。实验结果表明,利用多分辨率半边结构,通过边界结点细分方法的特殊处理,球面菱形格网的四分体内部、边界和极点处均不会产生裂缝。与传统方法相比,该方法从前期的格网剖分结构上解决了多分辨率DEM格网的裂缝问题。     

平面影像到DQG像元的转换精度与效率分析

平面影像到退化四叉树格网(Degenerate Quadtree Grid,DQG)的转换是实现全球DQG无缝可视化建模的前提任务。以相交面积为权重,提出平面影像到球面退化四叉树格网的转换算法。实验利用4km分辨率256级灰度图像数据Wsiearth.tif和30m分辨率Landsat5 Level4遥感数据,详细对比分了平面影像到退化四叉树格网与平面影像到四元三角格网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)的转换精度和效率。     

基于QTM的全球地形自适应可视化模型

实时逼真地可视化表达整个地球表面,是地学及空间信息等学科研究的重点问题之一。作者以球面四元三角网(QTM)为基础,构建了全球地形可视化模型,提出一套基于菱形块四叉树的DEM分块组织结构及相应的动态调用方法,并根据地形特征,建立DEM数据块的层次三角网自适应简化准则。最后应用GTOPO30全球地形数据进行相关实验与分析。     

基于WGS-84椭球面的退化四叉树经纬线格网剖分

针对数字地球的发展和解决全球问题的需求,给出了一种基于WGS-84椭球面的全球离散格网剖分方法——退化四叉树经纬线格网;分析了格网剖分的特点,明确了格网单元行列定义和经纬度坐标;计算出不同剖分层次格网单元面积、边长的变化情况并与基于正球面的剖分进行了对比。结果表明该格网系统具有粒度相对均匀性、层次嵌套性、方向一致性、地理条带性和对称性、广泛数据兼容性等许多优良特征,对构建全球地理信息系统具有一定的实用价值。     

一种基于可变四叉树的大地形实时可视化算法

根据视点的位置，并考虑地表的起伏特征，提出一种基于可变四叉树的地形简化算法，实现对规则格网DEM的连续多分辨率表示，减少地表绘制的三角形数目，使得在当前PC机条件下，能够进行大规模DEM的实时可视化和动态交互。     

利用球面DQG格网的地形与矢量线自适应叠加算法

为了解决几何法在大范围矢量线与地形格网叠加过程中出现的效率低下问题,采用球面退化四叉树格网(DQG)剖分模型,应用矢量点的动态"漂移"代替复杂的线交计算,提出并实现了一种高效的矢量线与球面DEM格网的无缝叠加算法。选用全球GTOPO30及局部ASTER GDEM高程数据以及1∶100万DCW矢量数据进行实验,结果发现,漂移算法的耗时成本是传统几何法的25%,矢量点的漂移误差可控制在半个格网单元之内,且完全避免了矢量线对地形多尺度叠加操作中出现的穿洞、跨越等现象。     

基于EQG的WGS-84椭球面等面积格网剖分模型

针对目前等面积全球离散格网模型的不足,提出一种新的等面积椭球面四叉树格网剖分模型,并以WGS-84椭球体为空间基准,阐述该格网的剖分原理及节点坐标计算方法,并对不同层次格网的几何变形进行分析。结果表明:所得格网单元均匀,面积相等,且具有层次性、嵌套性、易于多分辨率的建模等特点。     

矿山巷道点云模型及其数据组织

针对三维矿山巷道点云数据的可视化效果问题,本文根据三维海量数据的可视化建模思想,提出基于扩展性四叉树、顾及可视化效果的点云数据多分辨率模型及其数据组织方式,详细研究了多分辨率LOD的细节选择算法;并基于VS2005和MapGIS TDE实现了利用一个点云数据图层插件对该模型进行显示,该方法能快速建模,满足三维矿山巷道点云数据的可视化要求。     

基于多分辨率半边的全球多尺度地形无缝建模

正随着空间数据采集技术的飞速发展和全球经济一体化的不断深入,许多应用领域越来越频繁地使用大范围(甚至全球)高分辨率地形数据进行分析决策。但是,受当前的计算机硬件限制,为了提高显示效率并实现DEM数据的无缝绘制和渲染,需要在保证地形精度的前提下进行DEM格网简化,即构建多分辨率DEM表达模型。以传统四叉树结构或二叉树结构作为多分辨率格网的剖分结构,不可避免在相邻不同分辨率DEM格网之间产生     

一种基于ROAM的全球地形实时可视化

为了实现全球地形数据的多分辨率显示,本文在QTM(四元三角格网)层次剖分的基础上,应用ROAM(real-time optimally adapting meshes)算法,实现了基于地球表面菱形块的地形实时绘制。实验中应用全球GTOPO30数据,直接将地球表面划分成球面菱形块进行绘制,避免了裂缝,实现了全球地形的连续显示,取得了较好的可视化效果。     

一种新的全球海量地形实时绘制算法

本文为实现全球海量地形数据的实时可视化,提出了一种新算法。算法不使用几何数据而是利用球面特征进行地形多分辨率模型初建,然后基于视锥与节点关系对初建结果进行扩展来得到完整的地形网格。此外设计了能消除具有复杂邻接关系的节点间裂缝的拼接方式,构造了简洁的方法消除GPU32位浮点精度导致的"wob-bling"现象。实现的算法在普通微机上平均漫游速度达每秒95帧以上。     

面向虚拟地球的海陆地形多尺度TIN建模及可视化方法

提出了一种面向虚拟地球的海陆地形多尺度不规则三角网（triangulated irregular network,TIN）建模及球面快速可视化方法。利用贪心插入TIN表面简化算法构建海陆地形的离线TIN金字塔,并设计了一种高效的虚拟节点结构,对各级TIN构网实施无缝分割和分层分块存储。在利用离线TIN地形金字塔实现多尺度海陆TIN地形的快速检索和三维场景生成的基础上,通过一种接边关系编解码方案实时消除TIN地形渲染时的裂缝,最终实现多尺度海陆TIN地形场景的高效可视化。实验结果表明,该方法能显著减少海面渲染所需的面片数,并实现岛礁、海岸等破碎地形的高保真度表达,有效改善了传统虚拟地球系统采用规则格网（Gird）模式绘制海陆地形导致大量几何冗余和表达失真等缺陷。     

A fast quadtree‐based terrain crack locating method that accounts for adjacency relationships

The repair of terrain cracks is an important process in multi‐resolution three‐dimensional terrain visualization, and rapid and accurate pinpointing of cracks between terrain blocks is of the utmost importance for this process. The existing quadtree‐based crack locating methods are generally slow and inefficient, as they require the traversal of terrain quadtrees to locate terrain cracks. In this research, we propose a fast quadtree‐based terrain crack locating method that accounts for adjacency information. First, terrain quadtrees are constructed that contain information regarding adjacency relationships. Second, dynamic updating is performed for terrain quadtrees and their adjacency information. Finally, terrain cracks are located by using the adjacencies of the quadtree nodes. This proposed method was experimentally validated via the terrain data of a mountainous region in Sichuan Province. The experimental results indicate that the proposed method can be used to efficiently and accurately locate terrain cracks with a strong performance in practical applications.     

地形可视化中快速视区裁剪算法研究

讨论了地形可视化中的视区裁剪技术，分析了多种可能的改进方法，并实现了一种基于层次包围球的快速视区裁剪算法。该算法可以十分快速和准确地判断地形渲染过程中节点和视区的相互位置关系，大大减轻图形系统的负担，有效地提高地形渲染的速度。     

实时交互的多分辨率地形模型

实现了一种基于视点的实时交互的多分辨率地形模型，在数据结构、空间连续性、时间连续性、视景体裁剪、扇形绘制和纹理映射等方面详细讨论了该模型实现的技术细节。试验表明，该算法简单、有效，大大加快了图形显示速度，并节约了内存空间。     

一种球面退化四叉树格网的多层次邻近搜索算法

格网单元的邻近搜索是聚类、索引、查询等空间操作的基础,但现有方法大都局限于单个剖分层次,无法直接满足全球多尺度数据集成查询和操作的应用需求。在球面退化四叉树格网（DQG）模型基础上,提出了一种基于多层次格网的邻近搜索算法。首先采用视点相关技术建立DQG格网的多层次模型,然后引入细分评价函数确定格网单元的邻近单元层次,设计并实现了一种相邻格网单元层次差不超过1的动态多层次格网单元邻近搜索算法,最后与单层次邻近搜索算法进行了对比实验。结果表明,搜索同一区域,该算法的耗时成本约为DQG单层次搜索算法的1/3（层次为11）;将该算法用于全球地形实时可视化表达,平均刷新帧率达到60帧/s。     

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。