基于GPU加速的高分辨率实体体素化研究

体素化是面图形学通向体图形学的桥梁,具有广泛且重要的应用。介绍体素化方面的研究进展,分析现有体素化方法在处理高分辨率实体体素化时的不足。提出以分块为基础的高分辨率实体体素化算法:在分块内部,采用基于图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的切面光栅法对分块表面体素化过程进行加速,采用射线求交方式生成种子并进行块内填充;在分块之间,设计了3方向的种子扩散面及跨块扩散机制,避免因分块而导致的大量几何求交运算,提高了效率。针对高分辨率实体体素化结果数据量大的问题,采用低分辨率表面体素化结果进行数据压缩和索引,节省了数据存储空间。测试结果表明,该文提出的算法不仅能够进行高分辨率实体体素化,而且在GIS、地学建模和CAD等体图形学相关的领域具有重要的应用价值。     

基于球体退化八叉树的全球三维网格与变形特征

基于投影的度量空间变换为数字地球及数字区域建设带来了几何裂缝、投影变形等问题,解决问题的根本途径是摒弃投影.直接在球体流形空间建立统一的地球空间基础框架.该文将球面离散网格向球体内部扩展,基于球体退化八叉树提出一种全新的全球三维空间网格剖分方法--球体退化八叉树网格(SDOG).SDOG具有多层次、多分辨率特性,且网格单元面积、体积变形稳定,可对包括地球在内的任意球体进行有序的多层次三维空间剖分,可为全球空间数据集成组织与检索、多层次空间建模与可视化、地球系统科学研究等提供统一的地球空间基础框架.     

球体退化八叉树网格编码与解码研究

球面离散网格只进行地球表面剖分,而球体退化八叉树网格(SDOG)可对整个球体空间进行多层次连续的三维递归剖分,且网格大小均匀、变形稳定,适合作为全球三维空间基础框架.该文研究SDOG的编码与解码问题,剖析了SDOG网格编码的原理,提出两种网格编码方法,即单层次退化Z曲线填充编码(SDZ)和多层次退化Z曲线填充编码(MDZ),设计了相应的编码与解码算法.通过实验比较了SDZ、MDZ和QuaPA主码在编码效率、解码效率及编码长度方面的差异,结果表明MDZ是一种优异的多分辨率动态网格编码方法,可服务于基于SDOG的全球三维空间基础框架.     

基于网格细分技术的三维地质模型光滑方法研究

针对粗糙的三维地质模型,利用网格细分技术,生成加密光滑的三维模型。分析网格细分技术在三维地质建模中的应用需求以及Loop细分和改进的蝶形细分技术,为保持地质体之间公共面数据的一致性,对"改进的蝶形细分法"做了进一步改进,增加了对边界约束的处理。探讨利用细分技术生成多分辨率模型,通过试验验证了该方法的有效性。     

基于凸凹理论的三维地质体空间关系模型研究

目前的三维地质体空间关系模型表达能力较弱,限制了其在空间分析、查询等方面的应用。三维模型的应用与发展迫切需要一种新的底层分解与理论建模解决此类问题。该文基于凸凹理论重新对地质体进行结构定义与空间关系建模,提出了内凸体、外凸体、内缘体、外缘体等构造,并在此基础上建立了三维地质体R7×7空间关系模型,将地质体间空间关系表达能力理论上扩充至249种,实际能够表达40余种空间关系;给出了包容、镶嵌、部分镶嵌等关系的定义并对其进行了模型表达;针对不同应用,给出了R7×7模型的变换模型R(5×5 3×3)等。为能够表达地质体交集的边界长度、交面面积、地质体体积、外缘体体积、镶嵌体积等地质空间重要关系,基于凸凹理论建立了地质体度量关系模型,是矿区地质体拓扑关系查询、空间分析推理等应用的基础模型。给出了模型与地质体模糊理论的相契性分析,二者模型能够相辅相成,相互借鉴使用。     

基于投影寻踪模型的河南县域交通与经济协调性评价

通过建构县域交通优势度与经济发展水平综合评价指标体系,运用投影寻踪模型对2003 年和2008 年河南省各县域单元的交通优势度和经济发展水平进行综合评价与比较。进而采用耦合协调度模型对河南县域交通优势度与区域经济发展水平的耦合协调性进行评价、比较与分类。研究表明,2003-2008 年期间河南省各县市交通优势度与经济发展水平均获得了较大幅度的提升,但区域分异现象还较为突出。县域交通优势度由2003 年的沿主要交通干线带状分布向团块状连片分布态势演进,中原城市群地区县市交通优势度高于外围地区,平原地区县市交通优势度高于山区县市;而县域经济综合发展水平西部普遍高于东部,山区资源县市高于平原农业县市。交通优势度与县域经济耦合作用强度普遍较高,并呈明显的增强态势,但多数地区交通与经济的协调发展度还有待提升,大多数县市交通发展水平超前于经济发展水平。因此,如何在既有的交通优势条件下推进河南县域经济的快速发展,是实现河南交通与经济协调发展的关键问题。     

基于多智能体的土地利用模拟与规划模型

利用多智能体和元胞自动机对城市土地资源的可持续利用进行了规划。根据环境经济学资源分配原理和可持续发展理论,提出结合多智能体及元胞自动机的微观规划模型,在时间和空间上合理分配及规划城市土地资源的利用,以避免浪费不可再生的土地资源。该模型由相互作用的多智能体层、元胞自动机层和环境因素层组成,可方便地探索不同土地利用政策下城市土地利用发展情景,能够为城市规划提供有用的决策依据。以广州市海珠区为实验区,在可持续发展为前提的规划下,模拟了1995-2010年的城市扩展的动态变化,并讨论了在不同规划情景下城市土地资源的利用效率及合理性。     

基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     

多解析度八叉树数据结构理论探索与应用

随着计算机技术的发展和GIS理论研究的深入，三维GIS已逐渐成为研究热点。该文从理论上对不同八叉树数据结构的优缺点进行了比较研究，并讨论了基于多解析度的八叉树数据结构的三维物体表示及其相关的存储技术。在此基础上，实现了一个基于支持多解析度的指针八叉树数据结构的原型系统，取得了较好的效果，从理论向实践又迈进了一步。     

大尺度景观结构指数的因子分析

基于遥感和GIS技术,尝试对大尺度下陆地景观结构指数进行因子分析。根据生态区划计算描述中国陆地景观结构的13种景观结构指数,包括斑块密度、最大斑块指数、边界密度、面积加权斑块形状指数、面积加权斑块分维度、平均最近斑块距离、最近斑块距离的标准差、最近斑块距离的相异系数、蔓延度、分布邻接指数、结合度、香农多样性指数、辛普森多样性指数。在相关分析的基础上,对其中12种指数进行因子分析,并采用前3个公因子分析中国陆地景观结构,3个公因子的方差累积贡献率达88.8%,分别定义为斑块多样性因子、斑块形状复杂性因子和斑块分布均匀性因子。计算表明,在人类活动影响强烈的生态区,这3个公因子取值都比较小,反映斑块类型多样性减少、形状复杂性降低、分布趋于均匀。     

基于ENVISAT ASAR数据的森林蓄积量估测研究

以东北大兴安岭地区的图强林业局作为试验区,基于统计方法对多时相ENVISAT ASAR数据进行森林蓄积量估测研究,分别选取HH、HV及HV/HH值分析森林蓄积量与SAR后向散射系数之间的关系;根据其散点图形状进行方程拟合及优选,完成蓄积量的估测。利用独立的检验样本对估测结果进行评价,均方根误差(RMSE)为16.526 m3/hm2,与实际情况基本相符。     

大规模地形实时绘制算法

该文提出一种适合大规模地形实时绘制的简单高效的LOD简化算法。该算法使用一种紧凑有效的规则网格表示方法,优化网格节点的数目,减少可视化过程中的计算量,降低额外内存开销。探讨该算法相关的数据组织、视域裁剪、LOD层次选择、裂缝消除、三角形化等关键问题。实验结果表明,该算法实现简单,内存开销较少,CPU耗费小,对图形卡要求低,能够在普通机器上实现大规模地形的实时漫游。     

大规模地形漫游中的实时LOD算法研究

大规模地形漫游在游戏、仿真、虚拟现实等领域有着广泛的应用。该文在总结现有地形简化算法的基础上,提出了一种基于动态调度的地形块内视点相关二叉树简化算法,有效地简化地形,实现大规模场景的实时漫游。     

生物多样性遥感监测尺度选择及制图研究

利用基于空间变异理论的生物多样性遥感监测方法研究洛河流域植被生物多样性,结合半方差函数探讨植被指数用于生物多样性监测的最佳研究尺度,并分析各植被指数与生物多样性指数的相关性,据此制作洛河流域生物多样性等级分布图。研究表明:在研究生物多样性时,不同的植被指数对应不同的最佳尺度,NDVI、MSAVI和RVI的最佳尺度为3×3像元,ARVI、EVI和NLI为4×4像元,SAVI为7×7像元;通过制图研究得出该地区生物多样性水平较高,保护措施良好。     

基于卫星遥感数据改进区域尺度的显热通量模型

以西北半干旱地区的内蒙古农牧交错地带锡林郭勒盟为研究区,以不同退化程度的草地为研究对象,通过叶面积指数计算各像元的动力传输粗糙度长度,以改进显热通量算法;并结合植被／土壤组分温度分别计算基于亚像元的植被／土壤的显热通量。由敏感性分析和模型验证表明,改进的显热通量算法能够提高区域尺度的能量平衡计算精度。     

大变形有限元法分析边坡稳定性

边坡稳定性分析的重要任务是确定边坡潜在滑面的位置及相应的安全系数,鉴于坡体位移可在现场监测中直接得到,提出边坡潜在滑面确定的位移判据,采用大变形有限元首先计算出边坡的位移场,然后在开挖面的不同高度作塑性区内的水平位移参考线,依次连接参考线上的位移突变点即得到边坡失稳的潜在滑面位置,分析滑面上的应力以及岩体抗剪强度即得到边坡的整体安全系数。