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。     

开放式虚拟地球集成共享平台GeoGlobe

如何管理覆盖全球多尺度PB级海量地理信息,构建三维虚拟地球,并进行高效传输与实时可视化以及与专业GIS的集成是我国空间信息技术面临的巨大挑战。对此,本文重点介绍了网络三维虚拟地球中多源、多尺度、多时相海量地理信息管理、网络传输、共享集成与可视化的理论、方法与关键技术。在此基础上,研制了开放式虚拟地球集成共享平台—GeoGlobe, 并成功应用于国家地理信息公共服务平台等项目中。     

面向GPU绘制的复杂三维模型可视化方法

针对网络三维虚拟地球中对大范围、高密度复杂三维模型高效绘制的要求,设计了面向GPU绘制的三维模型数据组织结构。在此基础上,提出了面向GPU绘制的三维模型纹理烘焙和多尺度可视化方法。基于开放式虚拟地球集成共享平台GeoGlobe进行了实验,比较了传统绘制方式和基于GPU的绘制方法在可视化效果和效率上的区别。实验表明,本文提出的方法在保持三维模型特征条件下能有效提高其绘制效率。     

视觉显著性特征的矢量对象多尺度表达

针对矢量数据在网络上渐进传输中的多尺度组织问题,该文提出一种基于视觉显著性特征的多尺度增量组织和表达方法。根据人类视觉机制和矢量地图的多尺度表达特征,提出了基于视觉显著性的多尺度矢量模型,实现矢量空间要素的多尺度表达和线性序列组织。以线要素为例,讨论多尺度空间下矢量空间要素的视觉显著性和视觉信息增量变化。实验表明,本文提出的方法可以较好地改进渐进传输时矢量数据的可视化效果。     

顾及地理矢量场空间变化特征的多分辨率纹理可视化方法

网络环境下海量、高维、动态、多尺度地理空间矢量场数据的在线高效可视化,一直是大规模密集矢量场数据集成与综合应用分析亟须解决的关键问题。地理矢量场数据蕴含大量非规则、多尺度、时空异质的变化特征与结构,传统矢量场纹理可视化方法,受全局统一采样密度的限制,存在典型的稠密遮挡、特征模糊的问题。针对上述问题,本文提出了一种顾及地理矢量场空间变化特征的多分辨率纹理可视化方法,引入复合信息熵定量显式描述矢量场的空间变化,以此驱动图像空间内多频噪声纹理生成、矢量场多分辨率纹理的构建与增强表达,有效克服传统纹理可视化方法的技术瓶颈。最后采用风场数据进行试验,验证了本文方法的可靠性与有效性。     

面向虚拟地球的三维气象场可视化方法

三维气象场是一个多维变化的环境,可视化是研究其内在规律的重要方法。针对三维气象场的全球范围、多维多尺度、海量数据等特征,提出了基于体元对象的数据模型和多级体元索引机制,并在此基础上设计了面向三维气象场的可视化方法,包括基于箭头模型的矢量场可视化方法和改进后的基于三维纹理映射体绘制的标量场可视化方法。最后基于虚拟地球平台进行了可视化和时空检索分析实验。实验验证了该方法的可行性和有效性。     

三维虚拟地球中有源洪水淹没分析算法

首先分析了大范围有源洪水淹没分析方法的研究现状。然后面向三维虚拟地球应用,基于全球地形数据组织方法,提出了一种以地形瓦片为单元的有源洪水淹没分析算法,实现了三维虚拟地球中的大范围有源洪水淹没分析。最后基于开放式三维虚拟地球集成共享平台软件GeoGlobe进行了实验,验证了该方法的有效性。     

面向WebGL的矢量数据三维绘制技术

矢量数据的叠加显示能够提高三维虚拟地球的表达效果与分析能力。受限于GPU的计算精度,在三维虚拟地球中矢量数据绘制普遍存在抖动现象和深度冲突现象。对基于WebGL的矢量数据三维绘制中计算精度问题进行了分析,提出了使用CPU RTC技术和GPU RTE技术提高顶点变换的精度,使用多视锥渲染算法和深度平面技术解决深度缓存精度问题。实验证明,这几种技术和算法可以有效缓解抖动现象和深度冲突现象导致的视觉干扰,改善了各种尺度和范围的矢量数据在三维地形上的叠加显示效果。     

面向虚拟地球的矢量金字塔分布式存储研究

针对矢量数据在虚拟地球中的高效传输及实时可视化的需求,分析了矢量数据在虚拟地球中的组织方式及特点,设计了基于HBase的矢量金字塔分布式存储模型和一种基于MapReduce的矢量金字塔并行入库方法,使得海量矢量数据的入库可分配到各个子节点进行,大大缩短了入库时间.最后以GeoGlobe虚拟地球为基础平台,分别在单机和集群环境下对矢量金字塔的调度时间进行了实验.实验结果表明,该方法具有较好的可行性,有效提高了虚拟地球并发调度的效率.     

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)。     

基于Web服务的多源Argo数据共享与可视化应用研究

本文分析了当前海洋Argo观测数据在数据和模型共享与应用方面存在的不足,结合Web Service技术,提出在分布式网络环境下将海洋Argo数据与应用模型封装为Web服务的方式,实现多源海洋Argo数据集成与可视化应用的方法。基于该方法构建了"多源海洋Argo数据动态集成与远程可视化系统平台"。通过该平台的构建,为用户提供海洋Argo数据的透明的Web应用,实现了基于网络对多源海洋Argo数据的集成与交互式可视化表达。     

利用CryEngine构建虚拟地理环境

尝试采用新一代图形引擎CryEngine实现小尺度条件下多要素耦合与逼真表达,探索基于该引擎的虚拟地理环境构建方法,包括虚拟地形环境的快速构建方法、车辆建模与动态模拟方法、人物建模与智能行为模拟方法,以及场景集成与渲染方法等。以虚拟校园为原型系统,验证所提方法的可行性以及可视化效果,结果表明,基于CryEngine构建虚拟地理环境路线可行,尤其在面向小尺度虚拟环境时,能够很好地将环境、实体和人物紧密耦合在一起,且其逼真程度较现有虚拟环境有大幅度提升。     

Android平台的多尺度地理信息三维显示技术

分析了OSGearth引擎和Android平台的优势,重点对移动终端实现海量地理信息数据的三维可视化和使用OSGearth渲染引擎构建三维地球模型的关键技术进行了研究。最后,利用OSGearth引擎构建三维地球场景,成功移植到移动平台,并在Android平台上实现了全球多尺度地形数据的实时调用和三维显示。实验结果表明,基于OSGearth的三维地球应用在Android平台上运行流畅,响应速度快,图形质量高,具有良好的交互性,实现了地形数据的快速加载和无缝拼接,为基于数字地球的三维地球模型在移动平台的移植提供了实践参考。     

地球剖分网格的地形量化模型

针对目前地形量化方法中,量化承载网格层级受限,且量化数据组织管理复杂的问题,提出了一种基于地球剖分网格的四边形网格的地形量化模型。该模型以GeoSOT地球剖分网格为支撑,通过GeoSOT网格编码实现了多层地形量化数据的关联、检索,为矢量数据和规则格网数据的量化处理、组织与存储以及量化数据聚合问题提供了方法。     

NASA World Wind海量离散地形显示技术研究

虚拟数字地球需要解决大范围海量地形快速显示问题。本文在对World Wind海量地形显示机理和地形数据LOD分层组织深入研究基础上,提出了基于ArcMap的离散地形分层切割流程,开发了与World Wind三维地形显示数据模型匹配的分层切割软件,对海量离散地形按不同分块大小和层次切割后的显示效率和效果进行了分析,结果表明World Wind能实现不同尺度地形数据的快速三维可视化。     

基于Web服务的多源海洋温度场时空过程可视化研究

分析了当前海洋温度场数据在数据和模型共享与应用方面存在的不足,结合Web Service技术,提出在分布式网络环境下将海洋温度数据与应用模型封装为web服务的方式,实现多源海洋温度场数据时空过程可视化应用的方法。并基于该方法构建了"多源海洋温度数据动态集成与远程可视化系统平台"。通过该平台的构建,为用户提供海洋温度数据的透明的Web应用,实现了基于网络对多源海洋温度场数据的集成与交互式时空过程可视化表达。     

一种面向虚拟地球的海面动态可视化优化方法

现有的虚拟地球中的海面可视化方法主要采用投影网格的方式组织海面格网,这种特殊的网格组织方式,导致其在反映不同海域差异性特征时存在缺陷。基于全球离散格网的海面可视化方法由于能够与虚拟地球离散的空间剖分相匹配,有效弥补了投影网格法的缺陷,因此更符合虚拟地球海面仿真应用的需要。然而现有的离散格网法存在绘制效率差、场景加载慢、需要修补格网缝隙等问题,限制了其应用发展。对此,本文在现有离散格网法基础上进行优化:首先,在数据结构上对传统等经纬度离散格网进行扩展,设计了一种面向GPU绘制的多尺度海面网格模型来组织管理海面格网;其次,为了实现风场驱动下的海浪动态绘制,在多尺度海面网格模型的基础上提出了一种支持实时风场更新的海浪动态绘制方法;同时,考虑到格网缝隙修补对系统效率的影响,本文针对海面格网特点并结合GPU技术提出了一种高效的海面格网缝隙修补方法。最后通过对比试验验证了本文方法的可行性和有效性。试验结果表明,本文方法绘制效率稳定,加载速度快,且能弥补现有方法在功能上的缺失,因此应用范围更加广泛。     

基于OpenGL的3维虚拟林相研究

本文介绍了研发虚拟林相三维可视化系统的技术流程与实现方法,该系统研发基于目前较流行的以Visual StudioC＋＋开发组件调用OpenGL三维图形库的方法,自主研发出虚拟林相三维可视化系统。该系统按三角带组织DEM数据并读入VC,采用LOD、四叉树技术自主研发了标准真实DEM数据构建三维地形的导入引擎,实现了地形可视化以及一些基本功能。为还原真实的地形地貌．应用OpenGL中的纹理映射、光照、场景分割、反走样、八叉树、雾化等三维可视化特性,增强了三维可视化效果。     

集成空间信息技术的大型土遗址信息化保护

为了实现大型土遗址的信息化保护和有效利用,本文研究利用激光扫描技术获取遗址建筑三维数据、测绘技术获取地形数据、遥感技术获取地形纹理数据、数码相机拍摄获取遗址建筑纹理数据、地理信息系统技术实现空间数据分析,以及利用虚拟漫游技术实现数据的虚拟漫游与可视化,通过以上技术集成,建立了大型土遗址信息化保护系统,实现了交河故城的三维虚拟再现和信息化保护。     

面向道路积水动态可视化的多源数据集成方法

随着城市化进程的不断加快及暴雨等极端天气的时有发生,道路积水问题愈发严重,影响了市民的出行和城市正常运行,因此有必要对道路积水信息进行动态可视化,而数据的集成与管理是从多源数据到道路积水信息的关键一环。为了更加直接有效地表达道路积水信息,提出了面向城市内涝动态预警可视化的多源时空数据集成与管理方法,构建了道路积水时空数据模型,探讨了积水数据与道路数据的匹配方法,并设计了面向道路积水动态预警的原型系统,实现了道路积水深度的提取与发布。以南京市主城区某区域对该方法进行了实验案例分析,实验结果表明,提出的数据集成与管理方法在进行道路积水可视化时具有一定的可行性。