数字三维地形技术

数字摄影测量学与现代信息科学的结合产生了数字三维地形技术,使人们能够借助计算机技术在三度空间完成对地形形态数字化的真实描述.获取数字三维地形成果主要涉及数据源、采集模式和生产流程3个方面.可视化与虚拟现实技术使数字三维地形成果具有真实的效果和强烈的临场感.查询、分析、仿真等功能的实现使数字三维地形技术有广泛的应用价值.     

利用数字高程模型生成地形三维仿真图

研究了以地面数字高程模型 (DEM )作为原始资料 ,采用透视变换和模拟光照的模拟算法 ,生成某一地区的三维实景图 ,实现地形仿真。给出了试验结果 ,试验表明这种方法可产生逼真的三维仿真图。     

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.     

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。     

一种基于TIN的地形特征点生成方法

介绍了一种在不规则三角网上进行地形特征点生成的方法,可以自动实现地形特征分析、特征信息提取、地形正负向趋势判断、以及地形细节精细化等,较好地解决了用等高线做数据源构建不规则三角网时出现的地形细节信息不足以及地形细节信息丢失等问题,可以广泛应用于DEM数据更新精化、水文分析、地学分析等领域。     

二维矢量线符号在三维地形表面的贴合渲染方法

二维矢量符号是二维地图的重要组成部分。如何将二维矢量符号准确地贴合渲染在三维地形模型表面是地理信息科学的研究热点之一。针对线状矢量要素（简单线和周期线）中现有方法存在的周期线周期分布不均、渲染精度低、性能受地形模型复杂度影响大、矢量要素与地表贴合不紧密等问题,本文提出了一种基于屏幕像素进行投影反算的渲染方法,以及基于地表延伸长度的周期判断方法。该方法通过预处理计算线要素贴合在地表的真实长度,并将线要素按其实际宽度进行面域化处理;实时计算每个屏幕像素在二维矢量平面内的覆盖范围,通过该范围与矢量面域的位置关系筛选位于其内部的像素;进一步通过线的实际长度进行周期判断以确定像素色彩值。整个过程通过CPU-GPU并行异构计算模型实现,提高了场景交互性能。实验表明,本方法具有周期分布均匀、渲染精度高、贴合结果真实准确和性能不受地形模型影响等优点。     

局部型地形因子并行计算方法研究

 随着分析区域的扩展及需求精度的提高,数据-计算密集型地形分析亟需通过并行化来满足用户的时间响应需求。局部型地形因子是以一定半径的分析窗口(通常为3×3)计算且具有单元计算结果独立性的地形信息,是数字地形分析的基本参数。本文在分析局部型地形因子串行算法特征的基础上,以坡度算法为样本,对局部型地形因子的并行计算方法进行了深入研究。从数据并行的角度,对并行计算环境下的数据划分粒度、方式及结果融合策略进行了分析,构建了局部型地形因子的并行计算方法。利用SRTM陆地表面地形DEM数据,设计了坡度并行计算的实验以验证其方法的正确性和实用性。实验结果表明,本文提出的并行计算方法顾及了任务、数据及计算环境,可快速对局部型地形因子串行算法进行并行化改造,提高算法的执行效率,具有较好的并行性能。     

基于分形理论的地形复杂性量化方法

地形的复杂性是地表崩塌、山体滑坡、泥石流等自然灾害的主要影响因素之一,近年来对地形复杂性的定量研究十分活跃,分形方法是其中主要的研究方法之一,但是目前的研究大多以沟壑分形、等高线分形、元分形等为主,难以对区域地形的整体复杂性进行定量描述;利用基于相对高差的地形分形研究方法,对三个形状和面积基本一致,地形起伏特征各不相同的区域,以相同的网度兼顾特殊地形位置布设样品点,统计样品点及其相对高差信息,并进行分形分析,分析结果表明,样品点的相对高差信息基本包含了其所在区域的地形特征信息,地形的相对高差信息服从分形分布,其分维值的变化趋势与地形复杂性相反,由此提出将其分维值的倒数定义为地形复杂性指数,地形复杂性指数的变化趋势与地形复杂性一致,它很好地拟合了地形的实际特征,定量地刻划了地形的复杂程度。     

基于无人机倾斜摄影技术的三维地形辅助测量方法研究

针对现有三维地形辅助测量结果的平面坐标中误差、高程坐标中误差、高度中误差、长度中误差大,导致测量精度低的问题,引入无人机倾斜摄影技术,开展对三维地形辅助测量方法的设计研究。基于无人机倾斜摄影技术,结合测区大小及测量准确性需要,布设外业像控点,多角度获取测区影像数据,最后完成多视影像密集匹配。通过对比实验证明,该方法各项中误差明显降低,测量精度较高。     

三维地面模型的可视化研究

对于地形模型的构造有多种方法,如:规则格网法(GRID)、不规则三角网(TIN)和混合法(GRID-TIN)等.GRID模型具有较小的存储量和简单的数据结构,便于存储和管理.在对这些已有的三维地面模型进行分析的基础上,着重以DEM矩形网格法为例探讨了地面模型的构造,并在此基础上实现了三维地面模型的动态显示和交互操作等功能,最后给出了具体实例.     

多分辨率地形模型的研究与实践

多分辨率地形模型是大规模地形交互仿真关键技术之一。通过对地形数据简化分层、分块等数据处理建立金字塔数据模型来组织地形数据。利用视景体裁剪,基于分辨率测试的四叉树搜索算法实现了大场景数据的动态管理。其中重点对可见区分辨率进行调整,使渲染的数据块适中。通过将较高分辨率地面块边界的顶点移到相邻较低分辨率块的方法,消除了不同分辨率地形块间的裂缝。     

矢量地图与3维地形环境融合方法研究

通过对现有3维地形环境的LOD分块方法和矢量地图的多比例尺结构的比较分析,提出了一种按照地形数据的经纬度差异与矢量地图各比例尺的经纬度差异进行比较结合的方法。该方法不仅有利于对影像栅格数据和矢量数据的调度,而且还为两种数据同时叠加在地形上打下了基础。最后通过实验,验证了这种方式的可行性。     

地区级实景三维模型色彩均衡方法实验

自2020年起各省相继启动"实景三维中国"建设,小面积单一场景实景三维建模向地区级全域实景三维建模转变成为一种常态,因量变引起的小区域建模中易被忽略的技术问题也日益凸显,如三维模型成果色彩不均衡问题.由于采集设备、天气情况、地形地貌及航摄状态等诸多要素的影响,地区级实景三维模型成果整体的目视效果往往存在差异.本文以济宁...     

3维地理信息中3D模型研究综述

介绍了当代3维地理信息系统中3D模型研究的发展状况.主要涉及3D GIS的发展现状、3DGIS空间数据模型的研究进展和有待研究的3D GIS模型理论与技术问题等方面的内容.     

基于GPU的全球地形数据加速绘制技术研究

在对基于GPU大规模地形数据快速绘制方法的研究基础上,针对GPU的批量绘制的特点,提出了改进的几何体实例化方法,把它用在全球格网的快速绘制上。把地形数据通过重新编码存储在高度图中,再结合Shader Model 3.0引入的顶点纹理拾取技术,在GPU中进行解码,得到原始的DEM数据,避免了在CPU上执行顶点缓存的更新。实验证明该算法充分利用了新一代GPU的特性,降低了CPU的负担,能达到实时绘制的要求。     

剩余地形模型高程异常计算的积分法及精度分析

以构建剩余地形模型高程异常的数字地形模型的分辨率及其参考面的选择为研究对象,系统分析两者对剩余地形模型高程异常计算效率及精度的影响。实验结果表明：1）将DTM2006.0模型作为参考面时,在海岸带区域产生较大的误差,而在陆地与RET2012和RET2014模型的计算结果相差不大;2）在构建我国东部地区剩余地形模型高程异常时,为保证计算效率及精度,计算时内外圈的积分半径分别取50 km和200 km,SRTM数据的分辨率分别采用7.5″和15″,参考面模型使用RET2012。