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。     

Boundary Problem for Triangulated Irregular Networks

The triangulated irregular network (TIN) is a data structure commonly used for approximating continuous surfaces and for analyzing point data sets. Unfortunately, the locations of the data points may limit the areal extent of a TIN such that some regions within a study area's boundary are outside the scope of the analysis. The use of pseudopoints generated outside the boundary is recommended as a method for increasing the extent of a TIN. Criteria for selecting pseudopoints and for assigning values to them are discussed. This comparative study demonstrates several variations of the general method.     

不规则三角网的几种数据结构及其存储机制研究

在比较分析了TIN的几种常见数据结构的基础上,针对TIN拓扑查询与搜索问题,提出了另外几种强调边拓扑信息的TIN数据结构,根据拓扑关系的表达方式可以将它们分为内存索引式结构、数组索引式结构及二者的混合结构,并给出了这些数据结构的多种序列化存储方式:数组索引直接存储、对象ID存储法、PythoncPickle存储、对象内存地址的存储法。研究比较发现数组索引直接存储的数据占用空间最少,对象ID存储法和对象内存地址存储法的二进制方式占用空间相同,Python cPickle只适合于极小规模的TIN数据的存储。对基于不同数据结构的TIN模型构网效率测试表明,不包含边信息的结构的构网效率最高,含有边信息的结构中采用数组索引表示拓扑关系的构网效率最高。研究结果将对TIN模型的软件实现具有理论及应用价值。     

基于置乱-代换机制的TIN DEM信息伪装

重点地区的TIN DEM数据具有重要的保护价值。根据数据的组织方式,结合密码学中的经典理论,提出一种基于置乱-代换机制的TIN DEM信息伪装方法。首先在频率域上利用Tent混沌映射生成的混沌序列对原始数据进行置乱;然后再利用中国剩余定理将置乱结果在空间域上进行数值代换处理,得到最终的伪装数据,并讨论了信息还原的方法;实验分析表明该方法的伪装效果良好,安全性能较高,能够满足TIN DEM数据的信息伪装要求,保障其安全存储和传输。     

基于几何元素的三维景观实体建模研究

在分析已有国内外研究成果的基础上 ,提出了基于几何元素的 3DCM空间数据模型。实验证明 ,该模型能较精确地表达 3DCM中各类景观实体及其空间关系。     

DEM线性建模过程中的高程误差传播

在建立数字高程模型(DEM)时,基于规则格网数据和基于三角形网数据的线性建模是常用的方法。在建模过程中,结点的高程误差会随之传播。研究了DEM在基于规则格网数据和基于三角形网数据的线性建模过程中的高程误差传播问题,推导出了在结点高程误差相关情形下的高程误差传播公式,求出了在规则格网和不规则格网面上的平均高程传播误差。平均高程传播误差可以作为DEM线性插值过程中高程误差传播的度量指标。     

基于拓扑关系的TIN生成算法中的边扩展算法

描述了TIN的点、边、三角形之间的拓扑数据结构 ,并阐述了在TIN的生成过程中 ,利用这种拓扑关系进行边的扩展、新形成的三角形有效性判断 ,实验结果表明 ,采用这种拓扑结构的TIN算法比常规的边扩展TIN生成算法在算法复杂度上大为简化 ,提高了TIN生成的速度和效率     

一种TIN的质量评价方法

在数字地形建模中,TIN能够更加真实地反映地形信息,但由于TIN在数据结构和数据组织上的复杂性,采用通常的数字高程模型质量评价方法是不完善的。文中列出了3维空间中TIN的几种质量影响因素,分析了各因素对TIN的质量的作用和影响,并基于权重设计了一种根据质量影响因素评价TIN的质量的方法。     

基于数学形态学的TIN和GRID自动生成研究

在分析了数学形态学的基本原理的基础上,提出了一种基于数学形态变换自动生成Delaunay三角网(TIN)和规则格网(GRID)的数字高程模型的算法,这种算法将离散的地面点的图像集合进行骨架化并自动构成Thiessen多边形,然后,通过序贯条件形态变换,自动建立TIN和GRID.在建立Thiessen多边形的过程中,提出了用逐点生成数字圆盘的方法来保证变换过程的各向同性;在建立Delaunay三角网的过程中,提出了利用正交结构元素进行条件膨胀,从而保证了相邻点之间的正确位置关系.该方法能保持Thiessen多边形和Delaunay三角网的拓扑关系,因而能保证DEM 的高精度,而且具有数据结构简单、运算速度快的特点.最后,给出了试验结果并与有限元法的结果进行了比较.结果表明,这种方法用于建立DEM具有良好的应用前景.     

The optimum expression for the gravitational potential of polyhedral bodies having a linearly varying density distribution

When topography is represented by a simple regular grid digital elevation model, the analytical rectangular prism approach is often used for a precise gravity field modelling at the vicinity of the computation point. However, when the topographical surface is represented more realistically, for instance by a triangular irregular network (TIN) model, the analytical integration using arbitrary polyhedral bodies (the analytical line integral approach) can be implemented directly without additional data pre-processing (gridding or interpolation). The analytical line integral approach can also facilitate 3-D density models created for complex geometrical bodies. For the forward modelling of the gravitational field generated by the geological structures with variable densities, the analytical integration can be carried out using polyhedral bodies with a varying density. The optimal expression for the gravitational attraction vector generated by an arbitrary polyhedral body having a linearly varying density is known. In this article, the corresponding optimal expression for the gravitational potential is derived by means of line integrals after applying the Gauss divergence theorem.