城市虚拟现实研究初探

虚拟城市是 3维城市地理信息系统的前沿领域 ,该文对在微机上如何建立虚拟城市作了初步探讨 ,把建立虚拟城市的方法分为 3维真实场景建模、海量数据环境下的场景漫游以及确定任意时刻声音文件的调入时机三个部分。重点介绍了控制三维场景漫游、自适应层次细节模型、简单碰撞检测的实现方法 ,并提出了采用泰森模型调用声音文件的新思路。最后给出在VC 开发环境下用OpenGL建立虚拟城市的应用实例。     

一种快速地形纹理生成和虚拟漫游方法

复杂场景的大范围、高分辨率纹理的快速漫游是虚拟现实、GIS、仿真等领域的关键技术与难点。DEM是对地形地貌的数字描述和模拟,利用DEM数据生成可视化地形,可以更好的描述特定区域的地形特征,通过对特定区域中模型的纹理生成和映射,配合光照、大气等区域内自然场景的建模技术,可生成较为逼真的真实场景。基于OpenGL编程进行DEM地形可视化是实现地形实时漫游的方法之一,利用层次细节模型降低场景复杂度以提高漫游帧速率是该类系统中的常用方法,由于场景复杂度问题,不同的系统在具体算法实现中采用的方法也不尽相同。本文以一个虚拟校园为例,针对DEM数据转换和LOD模型面临的问题,给出了特定场景的LOD模型数据处理思想和纹理快速纹理生成、匹配、映射算法。同时给出虚拟实时漫游中第一人称漫游和飞行漫游的一般方法,讨论了在Windows环境下使用OpenGL进行虚拟漫游的基本步骤。提出了一种新的根据场景特点快速生成和映射纹理途径。结果表明,该方法在保证真实感条件情况下达到了满意的实时漫游效果。     

网络环境下数据简化与数据调度的若干关键技术

网络环境下进行二维电子地图与三维虚拟场景集成,关键问题之一是数据快速、有效地传输与表达。为了解决网络电子地图与三维虚拟场景集成过程中数据快速传输问题,该文讨论了空间数据多级存储、网络数据流压缩、矢栅数据有机结合、纹理模型及原型模型库等网络传输瓶颈解决方案和模型数据简化方法,为后续网络电子地图和三维虚拟场景集成系统的开发奠定基础。     

三维虚拟城市自动化生成方法研究

从城市元胞自动机模型的角度研究三维虚拟城市的自动化生成方法.通过建立城市元胞自动机模型,模拟城市土地单元的演化过程,根据演化结果确定各土地单元的空间位置和相应的建筑物类型.研究利用Creator进行三维场景建模,利用OpenGVS场景管理技术随机生成建筑物,并将其布设在三维场景的相应位置上,生成三维虚拟城市,并就三维虚拟城市自动化生成系统的功能结构设计和数据结构、空间坐标转换等技术问题进行了探讨.     

3维城市模型中的数据获取和组织方案研究

该文介绍了建立3维城市模型过程中数据采集和组织的方法。将建立3维城市模型的数据分为5种类型，分别建立空间数据库，属性库和图例库，并给出了三种数据库表之间的联系。在编程时，采用面向对象的方法对各种数据进行组织，给出了各个类之间的组装关系。     

虚拟奥运环境系统的构建及"人文奥运"可视化表达研究

该文介绍构建虚拟奥运环境系统的相关原理和方法,应用Java和VRML语言,实现了基于客户机／服务器结构的系统原型。在系统中用户不但可以在三维虚拟场景中进行漫游和查询,而且还能以化身人和文本的方式进行交流与互动。此外,还从古代、现代、未来三个方面,对北京南北中轴线的时空演变进行可视化模拟表达与分析,从而体现了虚拟奥运环境系统中“人文奥运”的主题内容。     

基于对等网络结构的分布式大规模地形实时漫游研究

虚拟地形环境在游戏、仿真、虚拟现实等领域有广泛的应用,在网络环境下如何进行海量地形数据的三维表达与传输是目前研究的重点。基于对等思想提出一种适合大规模地形漫游的分布式网络结构,充分发挥客户机的作用,从而有效地减少服务器负载,采用多点下载数据,提高地形数据的传输速度。同时研究该网络结构下多点下载模型、数据预处理、数据流程和视点相关的LOD简化算法,实现网络环境下大规模地形实时漫游。实验结果表明,在分布式网络环境下,该文中提出的方案可实现大规模地形实时漫游。     

3维城市模型中的数据获取和组织方案研究

该文介绍了建立 3维城市模型过程中数据采集和组织的方法。将建立 3维城市模型的数据分为 5种类型 ,分别建立空间数据库、属性库和图例库 ,并给出了三种数据库表之间的联系。在编程时 ,采用面向对象的方法对各种数据进行组织 ,给出了各个类之间的组装关系。     

3DCM的几何与纹理数据一体化管理方法研究

建设三维城市模型(3DCM)首先需要建立场景所需的海量地形地物空间数据库,从而有效组织三维实体数据来满足大范围高精度场景实时绘制的要求.该文提出一种以三维空间实体为单位的基于关系数据库(RDBMS)的3DCM的几何与纹理数据一体化管理方法.采用Direct3D 9.O三维开发平台、C#编程语言实现了3DCM空间数据库模型管理系统.实验证明:该系统在效率、安全、网络多用户访问方面都优于传统基于文件的管理模式,满足了大范围3DCM海量模型数据管理与应用需求.     

基于内容的虚拟地理场景检索与智能导航技术探讨

该文提出和探讨了基于内容的虚拟地理场景检索与智能导航研究框架。该框架包括三维地理数据获取与模型创建,三维地理对象的识别与定位,三维地理场景的内容分析、检索与认知,基于内容的虚拟地理数据层次式描述与分类索引,地理场景智能导航以及基于内容的自适应虚拟地理数据网络传输等方面的研究方法和内容,有助于建立一种符合人类认知特点的人地关系和人地交互模型。最后,总结和分析了该技术在虚拟地理环境(VGE)研究中的地位和作用。     

顾及用户体验的复杂三维城市模型组织方法

日益增长的三维城市模型在线实时可视化应用需求对大规模复杂三维城市模型的高效组织与管理提出了更高的要求,传统基于"图层-对象"的组织方法忽略了三维城市模型的不同分辨率下LOD差异及内容差异,而且大数据量在网络环境下的传输效率很低,难以满足网络环境下多用户并发访问的流畅可视化需求。该文对大范围漫游与小范围聚焦条件下的用户体验进行了分析,并提出了顾及用户体验的复杂三维城市模型数据自适应组织方法。采用索引元数据统筹模型对象的组织与调度,将小数据量的索引元数据和分辨率较低的模型数据打包传输,即时响应用户请求,并将多细节层次的复杂三维模型依据视觉特点合理分解存储并渐进调度,针对模型LOD和分解的对象,设计结构统一的对象ID,隐式存储关联关系并支持分布式模型存储管理。文中给出了详细的相关设计与实现,从数据的建模、组织到最终的高效绘制都给出了可行的解决方案。最后以分布式数据库MongoDB为平台验证了方法的可行性和有效性。     

四维地貌模型研究

地貌模型在地学数量化研究和GIS研究中作用非常关键，在三维模型基础上增加了时间维的四维地貌模型。能够模拟地貌景观随时间的演变，如何动态表现这种演变，一直是地貌模型研究的难点之一，本文探讨四维地貌模型研究的地学理论和意义，推导出一种四维地貌模型的建立方法，介绍以该方法建立的一个四维地貌模型实例。     

基于CityEngine规则的三维虚拟校园构建

三维虚拟校园是校园信息化重要组成部分。目前,国、内外基于GIS的三维虚拟校园构建方法都存在周期长、成本高、不可重用等缺点,本文提出了一种基于CityEngine规则的三维虚拟校园构建方法。具体步骤包括:(1)三维虚拟校园场景构建;(2)基于CityEngine平台,利用GIS矢量数据,通过建立CGA规则构建校园建筑物、道路和其他附属设施三维模型。基于CityEngine规则的三维虚拟校园构建,能充分利用现有GIS数据,快速和批量构建三维模型,提高三维虚拟校园的效率和节约建设成本。     

多条件约束应急疏散路径分析的几何代数方法

面向突发事件的应急响应与疏散路径分析的需求,基于几何代数构建多目标约束应急疏散路径分析方法,利用多重向量实现了多维地理场景建模及路径距离计算.其中利用几何基进行网络编码,构建多维地理网络拓扑结构的几何代数邻接矩阵表达,建立了基于几何代数的最短路径算法,进而构建多目标约束的应急疏散模型.基于德国Waldbruecke村三维场景中污染物扩散条件下的应急疏散分析表明,该方法可较好地支撑阈值限制条件下网络路径的动态生成,可为虚拟场景中应急疏散的决策与模拟提供理论与技术支撑.     

城市经济,社会与环境协调发展的多目标交互式决策方法

为建立城市经济社会与环境协调发展的多目标决策模型，考虑了模型特点，数学结构以及模型的求解方法，据此，建立了西安市２０００年经济、社会与环境协调发展的多目标决策模型，应用交互ＳＴＥＭ方法，实现分析者和决策者连续交互求解，最后得到一组满意结果。     

赛博空间技术及其在虚拟旅游规划中的应用

该文结合赛博空间技术的发展和旅游规划的现状,提出了虚拟旅游规划的思路。基于地学信启、服务(GIServices)思想提出虚拟旅游规划的实现方案：利用GeoEye3D平台构建虚拟旅游规划系统,通过Java实现虚拟景观漫游。并对赛博空间技术在虚拟旅游规划平台构建、虚拟旅游产品开发和网络营销等中的应用做了初步探讨。     

鄱阳湖区域风场矢量的Web三维动态可视化

针对风场动态可视化中数据获取不够实时、风场模型构建非动态且尺度单一、粒子风运动轨迹三维场景下渲染效率不高且难于交互等问题,该文基于矢量场及WebGL技术,提出了风场矢量的Web三维动态可视化方法体系。首先研究了风场数据后端动态抓取、解析及存储技术,对解析后的数据构建初始风场模型,并结合双线性插值算法构建可视化区域内多尺度动态风矢量场,然后通过粒子风的运动轨迹动态模拟变化趋势,建立了粒子从地理坐标至屏幕画布坐标的转换模型,并对运动的粒子进行生命周期管理以提升三维场景渲染效率。基于此方法体系研发了原型系统并开展实验分析,实现了对鄱阳湖区域风场环境的客观、实时、动态模拟,对于掌握湖区及周边风场数据有重要意义。     

基于City Engine的大理海东新城虚拟山地城市构建

三维场景是展示城市规划效果的有效手段,在山地城镇三维场景构建中,容易出现道路、建筑、绿地等地物与地形匹配不好的情况。以大理海东新城为研究区,以谷歌影像、DEM和大理海东新城规划图为数据,基于City Engine平台和技术,对地形和地物数据进行提升和削平处理,设计了不同建筑、道路、绿地的三维建模规则,构建了相应的三维模型,制作了大理海东新城规划前后虚拟场景。结果表明:使用规则建模方法可快速构建三维场景,场景中地物与山地地形匹配较好,直观的展示了大理海东新城规划前后的城市景观变化。     

北极黄河站站区虚拟现实建设的方法与实践

中国在北极第一个科学考察站--黄河站的建成,将极大地提高中国极地科考能力。鉴于人们对北极了解得还不多,建立一个虚拟的北极黄河站,使我们足不出户就可以进入虚拟的黄河站进行漫游。本文介绍了虚拟现实建设的几种方法,选择其中一条技术路线并完成北极黄河站站区虚拟现实建设。     

基于“H-E-V”框架的城市洪涝风险评估研究进展

在全球气候变化与城市扩张的背景下,城市洪涝问题频发并引发严重的社会问题与经济损失。当前城市洪涝管理的主要内容已从工程性防御性措施转向洪涝风险管理,而城市洪涝风险评估又是城市洪涝管理的关键环节。基于此背景,论文首先介绍了IPCC采纳的城市洪涝风险评估框架“危险性(Hazard)—暴露性(Exposure)—脆弱性(Vulnerability)”即“H-E-V”的概念内涵,在此基础上梳理了其危险性、暴露性、脆弱性3大要素的主要研究内容,探讨分析不同研究方法的优缺点。最后提出了城市洪涝风险评估的主要发展趋势及关键问题,主要有以下4个方面：①危险性方面,建立适应于城市地区的耦合型二维洪涝淹没模型是洪涝风险评估要求下的必然趋势;②暴露性分析在大数据及GIS技术支撑下正逐步精细化、动态化;③脆弱性正从早期侧重的物理维度定量评估转向社会、经济、文化、环境等多维度的评估;④此外,气候变化与城市扩张下的多情景城市洪涝风险评估是未来城市洪涝管理的研究热点与难题。