基于OpenGL的大规模三维地形场景的实时显示技术

虚拟现实技术已经广泛应用于三维仿真、GIS、军事模拟等方面,然而大规模三维地形场景的快速绘制和实时显示却始终是个瓶颈问题.本文论述了运用OpenGL生成三维地形场景的关键技术,并深入探讨了基于矩形格网的视相关LOD模型的ROAM算法实现.     

一种基于屏幕的三维地图线状符号渲染方法

作为地理信息系统中的重要组成部分,矢量数据在三维GIS中发挥着重要作用,如指示地理对象、解释空间关系和丰富图面信息等。随着图形硬件的迅速发展和虚拟地理环境的广泛应用,为了在三维地图中精确、高效地绘制出具有复杂样式的线性地图符号,本文提出了一种利用OpenGL Shader Language的三维地形表面线状符号渲染方法。该方法通过对矢量数据进行编码形成纹理数据,完成矢量数据在程序与GPU间的传输;将地形单元和矢量线段间的映射关系存储在索引纹理中,用于关联线段的实时查找;通过计算当前屏幕片元与关联矢量线段的空间位置关系,判断片元所属符号的区域,进而设置片元的颜色。实验表明,本方法可在三维地形上高质量地渲染出几种典型的复杂线状符号,并能保持较好的渲染性能。     

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.     

三维态势图中标绘箭头的实时约束变形

针对三维态势图中实时态势标绘的要求,首先建立标准的态势标绘箭头网格模型,然后利用网格形变使其能被实时地改变形状以满足不同场合的需求;为提高绘制效率,将网格的形变过程约束在二维环境中内进行,同时引入了LOD技术。最后,运用VC＋＋6.0和OpenGL开发工具,实现了三维场景中的态势标绘箭头的实时形变仿真。实验证明该算法实现的三维态势标绘箭头满足实时性和逼真性的要求,可直接运用于各种三维态势标绘系统中。     

三维激光扫描技术在建设用地复垦监管中的应用

三维激光扫描技术是基于高密度点云数据直接生成正射影像的一种技术,它广泛应用于复杂矿山开采储量计算、不规则图形面积计算、古建筑复制及考古工作,能对各种复杂的地形、地物进行面积和体积的量算,同时提供可套合的全景影像图片,从而达到图像、数据和实际地形地貌状态的高度一致.     

3DCM的LOD模型实现方法

在三维城市模型中,建筑物表面常用三角形网格来进行描述.随着虚拟现实技术的进步,在三维GIS领域内所构造和使用的城市建筑物模型,结构越来越复杂,数据量越来越大,导致数据的复杂程度远大于图形硬件实时的处理能力.人们在利用性能更高的计算机的同时,也提出了多种简化模型的技术和算法,其中建立LOD(level ofdetail,细节层次)模型的方法是三维城市模型中建筑物简化最有效的方法之一.     

基于WebGL的三维管线轻量可视化方法

数字城市和智慧社会对综合管线信息三维轻量可视化的需求越来越多。针对全市大范围三维管线丰富的几何、材质与纹理等多细节层次信息三维轻量可视化难题,本文设计实现了基于Web GL的三维管线轻量可视化方法。该方法针对三维管线数据设计了动态组织调度策略,通过异步加载、可见性剔除等技术,把视点相关的管线和管点信息动态接入并实时生成三维模型,基于Web GL以GPU硬件加速的方式进行实时渲染绘制。典型城市综合管线信息管理应用实验表明,该方法能够在网络环境下各种终端上实现多种类型管线多细节层次三维模型的实时真实感可视化。     

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 Studio C 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.     

一种面向现代GPU的大规模地形渲染技术

将地形数据均匀地划分为分页,通过基于视点的预加载方法和分页缓冲池管理技术实现海量地形数据的实时调度.沿用LOD算法基本思想,将已加载的分页再划分为若干个分块,以分块为单位进行批量渲染,并把不同细节等级分块之间的裂缝处理提前至预处理阶段进行,减少CPU的实时运算量.实验表明,该算法能使CPU与GPU之间更协调的工作,实现了大规模三维地形的高效渲染.     

三维地形颜色渐变渲染的光滑过渡方法研究

地形颜色渐变渲染是表达地形起伏变化或其他地学要素空间分布变化趋势的常用方法。在三维地学交互分析系统中观察分析三维地学信息时,需要依据观察位置和分析区域的范围大小不停地变化视角和视距。当观察距离很近时,利用包含一定颜色数的色带渲染地形会出现明显的颜色分层现象,不能很好地表达地形颜色的光滑过渡。针对三维地学交互分析系统对地形颜色渐变渲染的操作需求和存在的问题,分析了RGB和HSL两种颜色模型的特点,顾及OpenGL的颜色平滑过渡原理,在RGB颜色空间通过对所有颜色分量进行线性插值实现了地形双色渐变渲染,在HSL颜色空间通过固定饱和度、亮度,对色相进行线性插值实现了地形多色渐变渲染,并通过加入光照计算来增强地形颜色渐变晕渲的三维立体效果。实验结果表明：本文方法能很好地兼容OpenGL的平滑着色,实现三维交互环境下任意距离观察地形均能保持颜色之间光滑渐进过渡,达到更为光滑的地形颜色渐变渲染效果。     

桂林市电子沙盘设计及其功能

桂林市电子沙盘的开发采用了3S技术、多媒体技术和数字化技术, 它以数字化的地形图为基础数据源, 建立数字高程模型; 以卫星遥感数字图像为三维景观的表层粘模。电子沙盘具有二维平面-三维立体图对照显示,任意调整观察的位置、高度、方位、视角等功能, 并可以按预设的路线在空中模拟飞行观察, 给人亲临其境的感觉。同时, 它具有绘制剖面、求算任意区域地表面积和土石方量(水库库容)等功能, 突破传统沙盘的概念。     

Digital Watermark-based Security Technology for Geo-spatial Graphics Data

1 Introduction Geo-spatial graphics data, as fundamental data in build- ing the Digital Earth, their security poses a big problem and draw much attention of many researchers all over the world. Digital Watermarking, which is based on theories of steganography, is a novel technique for data security developed in the recent years. A digital watermark is defined as an identifiable digital signal or mode that is permanently embedded into other data, namely host data, while it does not affect the …     

格网技术对地理信息系统应用与发展影响的分析

格网技术作为新一代的 Web技术 ,必将深刻影响地理信息系统的发展。格网计算为数据密集型空间分析提供了计算资源支持。数据格网为海量空间数据分布式存储、管理、传输、分析提供了一体化的解决方法。格网技术为 VRGIS实时场景渲染和海量场景数据存储以及 GIS互操作问题的解决提供了一种新的思路。利用格网中的智能体组件动态组装应用软件将对 GIS应用开发方式产生重大影响。通过建立空间信息格网可以实现我国地理信息系统产业跨越式发展。     

3维模型及其在城市道路横断面设计中的应用

作为GIS重要发展特征之一的3维模型，已成为地学研究的重要工具和手段。本文从空间信息表达与传输的角度，阐述了3DGIS中3维模型的可视化机理，包括3维空间数据模型、视觉变量和动态变量等内容；并借助图形实现语言Java 3D，实现了3维模型在城市道路横断面设计中的具体应用。此研究对于利用3维模型进行工程实践应用具有一定的借鉴意义。     

BIM与SuperMap GIS数据集成技术

现代社会大型复杂建设工程越来越多,室内3D GIS应用需求旺盛,但海量室内3D数据的缺乏成为室内GIS应用瓶颈。建筑信息模型(Building Information Models,BIM)提供丰富的建筑空间几何和语义信息,可为GIS所用。BIM与GIS数据集成技术成为国内外研究热点。本文从GIS应用的角度出发,通过分析BIM与GIS在数据标准和几何、语义表达方面的差异,提出BIM与SuperMap GIS 8C软件的数据集成技术,并实现了BIM在SuperMap GIS中的高性能空间分析与可视化。本文的研究有助于扩展SuperMap GIS的应用领域至室内空间,实现室外到室内、城市宏观到建筑微观的一体化应用,满足大型复杂室内场所的应急救援、导航与位置服务需求,服务于智慧城市建设。     

城市三维地质数据管理与服务系统框架研究

城市地质数据的数字化管理与服务是“数字城市“工程的重要内容,3D GIS将在未来的城市数字化建设中扮演核心角色.介绍了3D GIS的发展现状及应用前景,详细讨论了基于3D GIS构建的城市地质数据管理与服务系统的设计思路和结构功能.三维数据结构的研究是3D GIS的核心问题并成为当前制约3D GIS深入发展与应用的瓶颈,由于缺乏对三维地质数据进行有效管理与可视化表达的三维数据模型,当前GIS的三维地质建模能力与三维空间分析能力都极为薄弱.在分析城市三维地质数据多种建模方法的基础上,采用一种基于TIN和TEN的混合数据结构来构建城市地质数据建模系统.针对城市三维地质数据的特点,探讨了城市三维地质海量数据的采集与管理、城市三维地质数据信息的Web发布等重要问题,力求为系统功能的最终实现提供完整的解决方案.     

海量3维数据高效组织及集成研究

随着"数字城市"的推进,3维地理信息系统得到快速发展和广泛应用,产生了海量的3维地理空间数据,对3维空间数据的集成管理、并发访问、数据安全研究成为热点,市场对3维仿真系统和地理信息系统融合和统一需求日益迫切。针对"3维数字城市"建设新需求,本文在海量3维场景组织、空间索引建立和基于关系数据库的存储等方面开展研究,为海量3维空间数据组高效组织和集成管理提供了一条有效途径。     

基于快照方式的面向对象模型探讨

TGIS(Spatial-TemporalGIS)是GIS的重要分支,是实现动态数字地球的关键技术。静态3DGIS的技术已基本成熟,而其加上时间维的4DTGIS的关键技术是时空数据库的建立及其操作,它们与时空数据模型有关,主要处理超海量数据的存取和查询。本文结合快照模型的简单易行性和面向对象模型的方便灵活性,同时避开快照模型的不一致性和冗余性,以及面向对象的复杂性,探讨基于快照方式的面向对象模型,是一种实用的TGIS数据模型。它在对时间属性的处理方面采用独到的方法,首先建立一个基数据,然后通过快照方式产生缓冲数据,经过比较形成一个以对象变化为主的带有时间戳的新数据层。这样,在数据存储方面,节省了很多空间;在查询分析方面,以对象变化分层的数据算法更容易实现。此理论方法有效解决了TGIS的“瓶颈”问题,并通过自动元胞机理论(CA)予以证明。     

基于Bedmap2与冰雷达数据的南极局部冰盖三维建模

利用Bedmap2数据与中国第29次南极科学考察期间获取的冰雷达数据,在中山站至Dome A断面的Gamburtsev山脉地区首次构建11.3 km×11.5 km南极局部冰盖三维模型。着重介绍三维模型建立过程中的数据处理,其中冰雷达数据采集首次采用中国自主研发的冰雷达系统。详细阐述了冰雷达数据的处理流程,包括数据预处理、常规图像修正技术以及冰下地形获取,得到冰下基岩埋深和冰盖内部等时层埋深,插值得到100 m分辨率的冰下基岩DEM（海拔1 729 m~2 718 m）和等时层DEM（海拔2 601 m~2 950 m）,利用南极Bedmap2冰表面栅格影像得到100 m分辨率的冰盖表面DEM（海拔3 679 m~3 745 m）。结合冰盖内外部数据处理结果,构建包含冰盖表面、冰盖内部等时层和冰下基岩地形特征的三维模型,并对模型进行检验,对冰盖内外部地形特征进行初步分析。     

福建东圳库区淹没及水土流失的3D-VRGIS构建与应用

本文应用VRGIS(Virtual Reality Geographical Information System)技术,建立水库工程水土流失三维可视化动态仿真模型,实现库区的空间信息可视化。以福建省东圳水库为研究对象,建立水土流失区域三维虚拟地理信息系统(3D-VRGIS),生成水土流失现状以及库区生态环境三维场景。并结合水土流失中水淹分析要素与三维空间的数据可视化技术,实现水土流失监测预报及其区域定位监控的可视化处理,为减少水土流失危害,提供可靠的信息资源。