在于表面模型的三维数据重建方法的研究与实现

该文分析了三维数据重建的研究现状，提出了基于表面模型的三维数据重建方法，给出了具体的算法和应用实例，实例证明算法是收敛的，具有较高的精度，该方法对于三维数据重建，三维GIS以及数字城市的建设具有一定的应用价值。     

基于法线贴图的三维激光扫描数据模型重建

针对三维激光扫描数据三维重建过程中点云数据利用率不高、模型面数过多、渲染速度慢和模型逼真度低等问题,提出了利用重建后高细节模型与简化模型对比生成法线贴图并将其应用在简化模型上以获得高逼真度三维模型的方法。对应用法线贴图的石狮模型进行分析得出:当法线贴图模型简化率低于98.75%时,该模型不仅保持较高的逼真度,而且渲染速度远远高于未应用法线贴图的高细节模型。该方法为室外大场景高逼真度三维模型重建奠定了基础。     

基于钻孔数据的三维地层模型的构建

三维地质建模是三维GIS在地学中的一个重要应用,三维地层模型对实际的地质分析极为有用。在综合前人研究成果的基础上,提出了一种由工程钻孔数据构建三维地层模型的方法。该方法以钻孔资料作为地层建模的源数据,具有简单实用、快速稳健的特点,并且能够将用户手工编辑修改的钻孔剖面图融入实际建模流程,解决了以往单纯依靠钻孔数据进行建模而导致的建模结果不精确且难以修正的问题。该文介绍了该方法的基本思想与实现流程,探讨了断层数据的加入对模型的影响及解决方案,并通过一个建模实例展示了该方法的实际建模效果。     

面向实时可视化的煤层三维模型构建与三角剖分

通过研究煤层构造的特征和煤田勘察数据的生产特点,提出一种基于三维格网的虚拟不规则六面体层状包络体动态建模方法,可较好地描述煤层的地质形态;根据煤层格网数据单元格种类(5种类型)的不同和每个单元中无效点分布情况,提出一种基于上述六面体单元的三角网剖分算法,可实时地从数据库中调用分块的层状格网模型数据,经过一次六面体格网单元的遍历,即可将格网数据动态剖分成无缝、不重复、具有方向的三角面片,然后由显示引擎进行实时三维可视化表达。该模型结合了三角网具有利于实体表面三维可视化渲染的特性和四边形规则格网模型有利于通过插值生成的优势,模型构建算法可基于数据库中的数据进行动态渲染,有利于数据更新,使模型简洁、高效,冗余较少。     

三维地质建模若干基本问题探讨

由于地质数据及其应用本身所具有的复杂性、不确定性、信息不完备等特点,使得三维地质建模成为制约三维GIS研究及其应用的主要瓶颈之一。讨论三维空间数据模型的设计,提出“多元数据—多方法集成—多层次干预”的“三多”建模思路;从建模尺度、数据源、建模工具等方面对建模方法进行分类;分析三维地质建模的关键技术,包括三维地质模型构建、海量模型数据操作和多元数据一体化耦合显示;针对三维地质建模系统的开发提出6项建议,分析近期三维地质建模的研究热点。     

城市三维地层建模中虚拟孔的引入与实现

该文引入“虚拟孔”的概念并将其应用到实际的城市三维地层建模流程。在建模过程中,用户可以根据实际工作需要,结合对地质模型的理解,在特定位置处加入适当数目的虚拟孔,并将其与实际的钻孔数据一起约束到模型中,从而构建精细的三维地层实体模型,有效满足实际工程的要求。通过一个建模实例,比较了引入虚拟孔前后的建模效果,表明应用虚拟孔建模具有很强的灵活性、直观性和可操作性。     

地下水含水层可视化方法研究与实现

该文阐述基于可视化技术的地下水含水层结构的立体表达方法。为了实现基于水文地质钻孔数据库的各种专题图形的自动生成，讨论了结合水文地质钻孔数据库的平面格网数据的组织模型，以及在该模型基础上的数据结构设计、算法设计和程序设计方法。给出了地下水含水层可视化具体实例的计算结果。由实例可知，该方法是有效的，且在地下水含水层可视化、地下地质体的立体表达等领域有一定的应用价值。     

面向山地灾害动态过程仿真的地形三维建模与可视化

基于山地灾害动态过程仿真需要的考虑,并针对该动态过程仿真时渲染数据量过大所造成的实时性较差的问题,提出了利用改进的三角形二叉树LOD算法实现地形三维建模与可视化的方法。算法对山地地形数据进行了分层和分块的预处理,用三角形二叉树表示地形网格,并结合视点和局部地形的粗糙程度,动态的载入所需的地形块和释放无用的地形块,使得内存中的地形数据维持在一定范围内。实验结果表明;在对地形渲染不失真的前提下,本方法能够有效地提高地形绘制的效率,可应用到大规模山地地形的三维建模与可视化中去,为整个山地灾害的动态过程仿真奠定了良好的基础。     

多视角三维仿真城市地图的实现方法

针对目前三维仿真城市地图展示中单一视角因视线遮挡造成信息丢失的问题,提出了一种多视角三维仿真地图方法,即通过多个可以互相切换的视角对三维仿真城市地图数据进行发布与展示,多视角三维仿真地图具有信息量大、色彩鲜明、形象立体的优点。该文在分析多视角三维仿真地图数据的基础上,给出了数据组织模型,提出了三维仿真地图的多视角逻辑坐标与地理坐标的转换方法,实现了多视角三维仿真城市地图的可视化。     

海量三维地形数据集的流式处理

该文提出基于网络实时交互的海量三维地形数据的流式处理方案。通过一个输出恒定的动态多分辨率简化算法,对三维地形数据进行裁剪简化,实现与总数据量和视点位置无关的恒定数据量输出;在算法输出的非均匀高程矩阵上,进一步采用三维地形数据流式编码解码算法,将高程矩阵进行离散余弦变换到频率域,并根据频谱分析结果引入累进式传输编码解码,结合服务质量控制,根据客户端和网络的性能状况进行自适应调节。实验表明,流式处理方案可以根据运行平台性能提供不同质量的场景复原,达到基于网络的实时交互性能。     

摄影测量三维重建中多源信息融合方法探讨

分析摄影测量三维重建中不同数据源的特点,针对现有多源数据融合存在的有限数据源低层次融合问题,提出一种基于影像特征、GIS信息和3D TIN模型融合的层次结构与算法流程 .该算法主要包括多边形区域增长、几何推理和建筑物几何模型平差等处理,为基于摄影测 量的三维城市模型自动重建提供了一种新的思路与方法.     

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。     

基于紧密型二三维结合的GIS构架与系统实现

在三维系统中实时渲染二维图层是实现紧密型二三维结合GIS的关键.该文在二三维结合实现三维GIS的基础上,提出了基于LOD(Level of Detail)的二维图层与三维地形叠加的渲染构架和紧密型二三维结合GIS的初步系统构架,并利用ArcGIS Engine 开发包与World Wind开源软件实现了该原型系统.系统运行结果表明,该构架完全能够满足紧密型二三维结合GIS对渲染效果和效率的要求,成功解决了紧密型二三维结合系统的关键问题.     

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。     

动态GIS数据对象模型探讨

动态地理信息系统(Spatial-Temporal Geographical Information System)是GIS的必然发展趋势,是实现动态数字地球的关键技术。静态3D GIS的技术已经成熟,而将时间维加上后形成4D的TGIS还处于数据模型研究阶段,主要原因是超海量数据的存取和查询问题仍然没有完全解决。在对已存在的数据模型进行探讨并在此基础上进行深度综合研究,提出了新的观点: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,形成复合的基于快照方式的面向对象模型。它将是一种实用的TGIS数据模型,在对时间属性的处理方面采用独到的方法:首先按照时间片进行分层,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,最后再通过其变化函数将离散的时间层连接起来,形成一个有机连续的数据库。这样,在数据存储方面,节省了很多空间;在查询分析方面,使以对象变化分层的数据算法更容易实现,同时可以实现对象的历史回放功能。此理论方法有效地对TGIS难点进行大胆探讨并通过自动元胞机理论(CA)予以证明。     

三角网的生成与简化算法

在三维地理信息系统的开发与研究中 ,要求三角网模型的支持 ,而高效的三角网生成算法是三角网模型的基础。该文综述各类三角网的生成算法 ,对以往被人忽视但简明高效的算法———径向扫描算法进行阐释 ,并对它的实现进行改进 ;对地形数据的简化及建立地形层次对象模型是实现高效的三维地理信息系统的关键 ,而三角网的简化是地形数据简化的基石之一 ,文中提供三种简化三角网的算法供同行讨论 ;并在微机上实现上述算法。     

三维景观GIS几何建模方法——以无锡唐城为例

本文实现了以 4D测绘数据 (DEM、DOM、DLG、DRG)为基本数据源的无锡唐城古建筑三维数字景观GIS。同时 ,在三维GIS传统三维空间数据模型的基础上 ,提出面向对象的三维建模点对象的划分不同与二维GIS中的点对象 ;针对基于面状的三维GIS,提出有向曲线构建面状复杂单体的几何建模方法是较为简捷的途径。     

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。     

A dimension-independent extrusion algorithm using generalised maps

One solution to the integration of additional characteristics, for example, time and scale, into GIS data sets is to model them as extra geometric dimensions perpendicular to the spatial ones, creating a higher-dimensional model. While this approach has been previously described and advocated, it is scarcely used in practice because of a lack of high-level construction algorithms and accompanying implementations. We present in this paper a dimension-independent extrusion algorithm permitting us to construct from any (n–1)-dimensional linear cell complex represented as a generalised map, an n-dimensional one by assigning to each (n–1)-cell one or more intervals where it exists along the nth dimension. We have implemented the algorithm in C++11 using CGAL, made the source code publicly available and tested it in experiments using real-world 2D GIS data sets which were extruded to construct up to 5D models.     

3D building roof reconstruction from airborne LiDAR point clouds: a framework based on a spatial database

Three-dimensional (3D) building models are essential for 3D Geographic Information Systems and play an important role in various urban management applications. Although several light detection and ranging (LiDAR) data-based reconstruction approaches have made significant advances toward the fully automatic generation of 3D building models, the process is still tedious and time-consuming, especially for massive point clouds. This paper introduces a new framework that utilizes a spatial database to achieve high performance via parallel computation for fully automatic 3D building roof reconstruction from airborne LiDAR data. The framework integrates data-driven and model-driven methods to produce building roof models of the primary structure with detailed features. The framework is composed of five major components: (1) a density-based clustering algorithm to segment individual buildings, (2) an improved boundary-tracing algorithm, (3) a hybrid method for segmenting planar patches that selects seed points in parameter space and grows the regions in spatial space, (4) a boundary regularization approach that considers outliers and (5) a method for reconstructing the topological and geometrical information of building roofs using the intersections of planar patches. The entire process is based on a spatial database, which has the following advantages: (a) managing and querying data efficiently, especially for millions of LiDAR points, (b) utilizing the spatial analysis functions provided by the system, reducing tedious and time-consuming computation, and (c) using parallel computing while reconstructing 3D building roof models, improving performance.