移动立方体算法的地质体三维空间形态模拟

针对地质勘察中地质体采样数据离散且不完备,基于这些数据难于构建地质体三维模型的问题,一种基于Marching Cubes算法的地质体三维空间形态隐式模拟方法被提出。此方法首先运用空间插值方法,推断和预测地质体的分布趋势,构建地质体三维空间规则数据场;在此基础上,采用Marching Cubes算法实现由网格离散点到三维等值面的模拟,提取出三维地质体的光滑等值曲面;最后结合OpenGL三维可视化技术,通过计算机图形学中的微小三角面逼近来实现地质体的三维空间形态的可视化。通过实例,将这种方法应用于基于钻孔勘探数据的矿体三维空间形态模拟,快速构建了矿体三维模型,模拟结果接近于传统的手工圈定边界和进行矿体推断而建立的三维模型,证实了该方法的可行性和高效性。     

利用原始激光雷达点云数据提取渐进式建筑物轮廓线

建筑物是城市三维建模的重要元素,其轮廓信息的提取既是难点又是重点。本文提出了原始激光雷达点云数据的渐进式建筑物轮廓线提取方法。首先对原始点云数据采用渐进数学形态学滤波分离非地面点;然后使用改进的三维Hough转换分类出建筑物点云;进一步提取建筑物轮廓点,并根据相邻点方位角阈值确定建筑点云轮廓的关键点,以此简化并拟合建筑物轮廓线;最后基于轮廓线长度加权方向将建筑物轮廓规则化。结果表明,该方法大大提高了点云处理的效率和精度,可以直接从采集到的初始数据中自动化渐进式得到建筑物轮廓线信息。同时该方法对解决中小城镇建筑物体积小,距离近和屋顶坡度较大等问题具有较好的效果。     

复杂矿体模型多域自适应网格剖分方法

针对轮廓线拼接法在复杂矿体建模时无法处理多域邻接特征的问题,应用Delaunay细分方法实现了一种适用于多域复杂矿体的网络剖分方法,不仅可以生成多域表面模型,还可以同时对不同域的矿体进行网格剖分,便于后期进行多域复杂矿体的有限元模拟。该方法通过约束Delaunay三角剖分来近似域和曲面,以及在Delaunay细分中确保对域的近似精度和对单元的网格质量。在约束Delaunay三角剖分的基础上,通过多标签算法对子域进行封装,并对中间域进行分离或通过距离场对中间域进行拟合,修改多域多面体的预测构造方法,实现了对多域多面体的自适应网格剖分方法。对河北省北洺河铁矿复杂矿体建模的试验结果表明,该方法除了可以生成无缝、连续的多域模型之外,通过网格优化还可以生成高质量的四面体和三角网格,避免轮廓线拼接法大量退化和奇异三角形的存在。同时该方法在逆向工程、有限元分析、科学计算可视化等领域中也都具有重要的应用价值。     

基于钻孔数据的多层DEM矿体模型建立与研究

为了建立多层DEM矿体模型,实现矿体逼真的三维可视化,使矿体的体积和土方量计算更为准确,利用宝日希勒露天矿钻孔数据,建立钻孔数据库,并对建模方法进行分析和研究,选择基于不规则三角网的层面建模方法,通过逐点插入法建立各个层面三角网,采用局部法对断层进行处理,按照矿体的空间顺序建立矿床实体模型,在建立宝日希勒露天矿体层面模型的基础上,采用C#和AE技术,实现钻孔数据的查询、放大、缩小等功能。     

地质三维体重构的算法研究及其计算机实现

三维空间建模和可视化技术成为GIS研究的热点之一。可视化技术是当今表达和分析复杂数据的有力工具,将可视化技术引入到DEM和三维地质模型,可以实现三维地形和地质体的生成与仿真。简要介绍了OpenGL三维图形工具包及其与高级语言结合编程方法,探讨了基于多轮廓线的地质三维体的建模方法,以VC++6.0高级程序设计语言为开发平台,结合OpenGL图形库,开发了地质三维体的建模实验系统。     

基于局部体样条函数的海洋盐度场建模

海洋盐度是海洋水文要素的重要组成部分,是海洋战场环境研究的重点。在介绍海水盐度数据特点的基础上,采用局部体样条函数法对散乱的大规模盐度场标量数据进行建模,并利用遗传算法和非线性规划相结合的方法解决体样条函数法的区域划分问题。通过一组实测数据进行建模实验并将得到的数据场进行可视化,表明该方法适用于大规模散乱数据场的建模,可为海洋战场环境的数据分析和场景构建提供建模手段。     

基于水平截面法的树木点云提取方法

本文提出了一种基于水平截面法的树木点云提取方法。首先联合三维格网和二维格网滤除地面和低矮地物的点云数据。其次运用水平截面法截取距地面一定高度的树干,将其投影到二维平面,利用八邻域算法进行聚类,根据聚类后的每一类树干点云数据,运用AlphaShape算法求取各个树干的轮廓线,将轮廓线的点连成多边形求取最小外接圆圆心即是该树的位置。最后利用树木的位置坐标和平面两点间的距离公式,依据最近距离原则遍历滤波后的点云,完成树木的分割。实验表明该方法可以较好地实现树木的提取,避免了传统树木提取方法中过度依靠经验值并且设置参数过多的弊端。     

基于地质剖面数据的含断层地质体三维建模方法

含断层地质体的三维建模方法充分利用地质剖面数据对现有线框模型进行改进,能够根据地质剖面图的特点半自动化地发现地质断层线,从而构建三维地质断层面和地层面,然后利用OpenGL加以渲染显示。本文以贵州省黔西县龙井煤矿为研究实例,在自主研发的三维地质建模软件中验证了该方法的可行性。实践表明,该方法能有效地利用现有的纸质地质剖面数据实现含断层地质体的三维建模与可视化。     

一种三维网络GIS空间数据可视化方法的研究

三维GIS空间数据可视化是三维GIS建模的基础,针对网络环境下三维GIS在空间可视化方面存在的不足,本文提出了一种基于VRML的真三维模型构建方法。以点、线、面和体四类拓扑元素之间的拓扑关系为依据组织建立数据库,结合分布式虚拟现实技术搭建起真三维模型网络发布平台,成功实现三维空间数据的可视化。研究表明,该方法能根据三维拓扑关系建立真三维模型,为三维数据的可视化和共享、真三维GIS空间分析提供了一种新的方案。     

基于ArcGIS AE与CE的三维数字城市开发

针对三维数字城市建设周期长、数据更新难等问题,本文基于ArcEngine开发组件和CityEngine建模平台,提出了一种二三维数据联动的三维数字城市开发方法。该法首先通过对立面凹凸和顶面简化,利用规则化建模方法构建城市三维模型,然后运用插件技术在ArcEngine中读取三维模型和Geodatabase二维数据,实现城市三维模型场景可视化、空间查询与分析。实验结果表明,本文提出的方法所构建的三维数字城市功能强大,可充分利用已有数据,缩短开发周期,实现二三维数据联动,彻底解决了三维数字城市系统数据更新困难问题。     

基于LIDAR数据的建筑轮廓线提取及规则化算法研究

建筑轮廓线提取与规则化是LIDAR数据处理和建筑三维建模的重要步骤和技术难点.首次将"Alpha Shapes算法"应用于LIDAR数据处理,实践证明该算法简洁高效、运行稳定、提取精度高,适用于任何形状的建筑轮廓线提取,并具有一定自适应性和滤波功能,非常适合LIDAR点云数据提取建筑轮廓线.同时,提出了改进的"管子算法"用于原始轮廓线的简化,提出了适用于四边形的"矩形外接圆法"和适用于多边形(大于四边且边数为偶数)的"分类强制正交法"以进一步实现轮廓线的规则化,最终解决了离散点云提取规则建筑轮廓线的核心问题.实践证明,本文所述算法适用于凸凹多边形建筑内外轮廓线的提取与规则化.     

形态参数下地表采动裂缝三维建模及可视化方法

实现对地表采动裂缝的三维建模及可视化能促进裂缝的形状、成因研究,并为开采沉陷监测和生态环境恢复提供科学支持。目前三维建模方法和软件主要面向建筑物、管道、地质体等地物地貌,若直接应用于地表裂缝的建模与表达会存在野外测绘工作量大、形态规律表达不准确、呈现不逼真等问题。本文结合三维地形建模、分形、空间插值等理论,提出了基于几何形态参数的地表裂缝三维建模方法,并利用ArcEngine平台实现了对裂缝的三维可视化;选取甘肃省东峡矿区为试验区,根据裂缝分布与形态预计参数,实现了对区域内裂缝的模拟,并通过与实测数据和高分辨率影像进行对比,验证了该方法能真实逼真呈现裂缝的形态、延伸与细节信息。     

基于CityEngine的二三维联动三维地籍建模

基于对地籍二三维联动机制的分析,本文提出了运用CityEngine建立二三维联动三维地籍系统的方法。该法通过导入实验区已有不动产调查数据,应用规则对平面图形进行拉伸、分面、分割等建模处理,实现了二、三维地籍信息的交互与联动。实验区三维场景导出后,通过发布于Web实现了三维地籍模型的空间查询与分析。实验结果证明,基于CityEngine的二三维联动地籍模型可充分兼容Arc GIS数据库,且规则建模简单,可重复利用,大大节省数据成本,缩短开发周期,适宜于大规模批量三维地籍建模,在真三维地籍未被提出的前提下,运用CityEngine构建三维地籍不失为一种高效可行的方法。     

三维激光扫描技术在城市地下空间的应用研究

三维激光扫描技术能通过高速激光扫描测量的方法,获取被测物体表面高精度的空间几何信息,通过密集的点云数据可快速实现物体的三维建模。为验证三维激光扫描技术在城市地下空间应用的可行性,以嘉善县地下空间为例,研究了该技术在地下空间建模中的应用,并利用嘉善县三维框架展示平台实现了对地下空间数据的有效管理。经验证三维激光扫描技术具有数据采集速度快、精度高等特点,提高了三维建模的效率。     

基于体素栅格的建筑物三维激光点云数据抽稀方法

为了提升三维激光点云数据处理、存储、运算效率,对基于体素栅格的三维激光建筑物点云抽稀方法进行了研究。通过提取原始三维激光点云空间位置和法向量作为体素栅格存贮数据的主要信息;以三维激光点云最大外包矩形构建最大体素,并依据点云位置不断地进行空间划分,直至阈值范围内,从而实现点云数据的高效组织与管理。对体素栅格内的点云依据设定空间半径阈值检索种子点周边点云,剔除体素栅格中阈值内点云,保留种子点云,从而实现了三维激光点云数据抽稀,有效压缩了三维激光点云数据。并通过实验验证了该方法可以有效降低三维激光点云数据冗余,为海量三维激光点云数据的存储与应用等方面的研究提供参考。     

结合调和场与刚性匹配的三维形变模型

针对基于表面的三维模型形变方法可描述细粒度形变但不独立于三维几何表示,而基于空间的方法则刚好相反这一问题,该文提出了一种基于三维曲面调和场构建的三维形变模型。通过计算表面调和场,将模型划分为若干个形变单元;通过在每个形变单元上运用刚性形状匹配保证局部刚性形变,实现了三维模型的细节保持形变;基于调和值将形变单元上的形变插值到整个三维模型,支持三维模型的细粒度形变;为实现几何表示不相关性,该文提出了一种三维点云调和场计算方法。实验结果表明,该形变模型利用调和场将基于表面和基于空间两种方法的优点结合了起来,具有较好的实时性和可用性。     

附加约束条件的半自动复杂建筑物重建方法

在数字城市的快速发展进程中,三维城市建模成为时下研究的热点。本文基于倾斜航空摄影技术,在3ds Max技术平台上,研究了复杂建筑物三维建模方法。针对镂空形建筑物的特点,提出了通用可行的构建算法,同时针对各种复杂建筑物屋顶,提出了一种基于附加约束线三角构网算法,为快速复杂建筑物建模提供了新的思路。对于附加约束线三角构网算法,在量测建筑物时,只要采集的轮廓线及相关联的轮廓线足够完整,构建的几何模型细节将会更丰富,准确性也更高。该方法不仅避免了因为关联线采集不完整造成的碎面,而且减少了数据冗余,有效地提高了建模效率。     

观测数据采样化的遥感影像非监督分割

为了实现影像的自动化分割,提出一种利用非监督方式将观测数据采样化的遥感影像分割方法。该方法利用欧氏空间的概率分布建模采样数据和观测数据,并将其映射到黎曼空间,通过不断将观测数据转换为采样数据的方式实现影像的自动采样化。每次采样过程只需计算观测数据点到采样点的测地线距离,将距采样点测地线距离最小的观测数据转化为采样数据,以保证采样数据不断趋于该类数据的真实分割结果,同时使算法能够有效分割具有不同像素数的类别。将算法应用于模拟影像和真实遥感影像分割,对其分割结果以及传统基于统计、基于模糊的非监督算法和基于神经网络的监督算法相应分割结果定性定量的对比分析验证了该算法的有效性及可行性。     

联合InSAR与三维激光扫描技术监测矿区大梯度形变

基于传统差分干涉测量(D-InSAR)技术检测形变梯度有限,无法实现矿区地表大梯度形变监测的问题,本文提出利用三维激光扫描技术点云数据的高密度及其三维建模后单点定位精度高的特点,将SAR数据和点云数据进行融合提高形变检测梯度。具体过程为:根据干涉图像的相千系数掩膜去掉干涉图上形变梯度较大的点,相位解缠后得到"有洞"的形变场,基于反距离加权思想采用点云数据对SAK形变场进行"补洞"从而实现监测区域的无缝联接。以山东省境内某矿区工作面上方河堤大坝为例,应用本文提出的方法进行了矿区大梯度形变实验研究。研究结果表明:采用本文提出的方法监测结果与地面观测站水准数据较为一致,其中最大绝对误差64mm,最大下沉处相对误差为4.95%,从而证明了该方法的可行性。本文方法为利用D-InSAR技术实现矿区内大梯度形变监测提供了新的途径和手段。