月面形貌仿真设计及在嫦娥三号任务中的应用

月面形貌仿真可以为嫦娥三号着陆前地形建立及视觉导航仿真测试提供逼真的三维月面环境。利用分形随机算法并结合月面撞击坑与石块的数学分布模型,在实现月面数字地形的基础上利用纹理映射和纹理融合的方法为月面地形添加纹理,完成了月面逼真三维环境的构建。结合导航相机的外方位元素和光照条件,实现了对该仿真月面环境的模拟环拍,支撑了嫦娥三号发射前月球车导航相机数据获取、地形建立、通行代价图计算、月球车路径规划等遥操作任务过程仿真测试。测试结果表明,仿真月面三维地形具有良好的视觉效果,满足了巡视器导航相机测试验证对精细月面地形和纹理的需求,为导航相机测试验证提供了有效的月面形貌仿真数据。     

面向水文分析的公路微地形三维建模方法

基于GIS的数字地形分析的理论、方法与应用是地理信息科学研究的热点问题。目前公路微地形模型缺失对汇水要素的完整表达,且汇水分析绝大部分用于自然地表模型,较难开展汇水要素约束下的公路微地形的水文分析。该文利用公路排水设计在内的公路设计数据,提取公路微地形的水文信息与高程信息,基于公路微地形三维中心线构建、横断面坐标系转换、汇水要素添加等方法流程,构建汇水要素约束下的公路微地形三维模型,在此基础上,完成公路微地形三维模型可视化表达并实现公路微地形水文分析。研究结果表明,面向水文分析的公路微地形三维建模方法,可满足公路微地形三维模型可视化与水文分析应用的双重需求,为我国公路的设计、建设、运行及维护等方面做出贡献。     

一种高效快速建立地物三维模型的方法——以大疆无人机和Pix4D软件实现

探寻能满足需要并低成本高效快速构建地物三维逼真场景的方法是当前研究的一个热点。利用低价大疆无人机获取地表、地物影像与价格适中的Pix4D软件结合来快速构建地物三维模型是一种方法。该方法虽采用传统以摄影获取地表数据的方式,但手段和手续方便简单,数据采集工作效率高;影像数据处理用Pix4D软件基于点云数据三维建模,有操作方便、高效快速、自动化程度高等特点。用不同的实验建模方案、数据与建模参数,对最终建成的模型和结果有影响,经对结果进行精度评价,表明该方法能满足要求,可行、可用。     

基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新

为利用钻孔数据快速构建三维地质模型并进一步提高模型合理性和数据质量,提出了基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新方法.利用基于层位标定的钻孔数据快速解译方法完成原始钻孔中地层分界点的编号之后,实现了三维模型的自动构建;通过在约束条件下调整层面虚拟控制点,完成了模型的交互式调整,并能根据调整结果自动更新三维模型.该方法在建模实际案例中的成功应用,证明其能够很好地处理工程实践中的复杂问题,提高了建模效率及模型质量.     

基于地形坝体一体化三维场景的水库洪水淹没模拟

提出一种无缝融合地形三角网与坝体虚拟现实模型、构建一体化水库库区三维场景的方法。基于真实连续的下垫面环境进行确定水位的淹没模拟,其中地形部分以迭代实现邻接扩展的淹没算法,坝体部分通过高程比较与体元轴对齐包围盒相交判断确定迎水面受淹形态。通过计算广义三棱柱及其变体的离散水体体积,求得水位对应库容,并构建二分查找判定树,以快速获取接受净入库洪量后的库区洪水淹没结果,并在三维场景中渲染表达。实验结果表明,基于地形坝体一体化三维场景的计算模拟方法,相比传统库容曲线与洪水风险图能够在展现库区洪灾影响范围的同时,兼顾坝体局部的淹没细节。     

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。     

城市三维地理信息系统中三维模型的快速构建方法

大规模三维模型的快速构建一直是影响城市三维地理信息系统(3DUGIS)发展的一个重要因素.基于3DUGIS中景观模型的表达原则与分类,分别针对抽象的点、线、面状对象提出符号匹配和三角剖分的批量三维模型构建方法.这种建模方法方便、快捷、自动化程度高,可广泛应用于城市景观中地面、河流、道路、绿地、规则建筑物、地下管线等地物的三维建模.通过对上述三维模型快速构建方法的实现,验证了三维模型生成的效果和效率.     

面向复杂地理场景的日照分析算法研究

在现实世界的复杂地理场景中进行日照分析模拟,必须考虑众多真三维地形/地物的遮挡因素,传统的日照分析方法难以得出高效、准确的结果。该文面向复杂地理场景的真三维地形/地物要素,设计了相应的日照遮挡分析算法,并以太阳光线的空间局限性为基础,构建了均匀格网-AABB-kd-树的场景组织方式,可以准确、快速地计算出日照时数,有效地实现了算法加速。     

基于DEM三维地层建模及一体化显示

目前三维地层表面建模方法构建的三维地层模型上表面粗糙,与地形不一致.在分析当前建模方法缺陷的基础上,基于多层DEM建模思想,提出了利用DEM修正主TIN的建模方法;该方法可保证模型与地形的空间一致性,实现模型与地理数据的一体化显示.并提出了利用虚拟钻孔进行剖面图离散化处理,将建模数据源统一为钻孔数据,从而将剖面图融入实际建模流程,解决了单一钻孔数据导致建模结果不精确及模型无法修正的问题,也简化了多源数据导致建模方法复杂的问题.最后以合肥市某区为例,展示了该方法的实现过程及建模效果.     

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。     

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。     

基于多尺度DTM的坡式梯田三维可视化研究

针对黄土高原梯田可视化问题,以往的相关研究基本解决了水平梯田的三维可视化,但关于坡式梯田的研究尚为空白。坡式梯田因其具备更加突出的人工微地形特性,难以通过传统的DEM可视化方法实现其三维可视化。该文提出了多尺度DTM叠加法,利用偏移线法、高程增量法等方法提取田埂坡度特征,将研究区的低分辨率格网DEM(G-DEM)、坡式梯田分布区的高分辨率坡度DTM及G-DEM融合为一体,对坡式梯田进行三维叠加可视化。与传统G-DEM可视化方法相比,多尺度DTM叠加可视化法不仅所需数据存储量更小,而且具备更加逼真的坡式梯田三维可视化效果,能够有效显示坡式梯田的平坦田面和陡直田埂,是对基于DEM的梯田地形三维可视化的有益探索。     

城市地质调查中知识驱动的多尺度三维地质体模型构建方法

在城市地质三维模型构建中,数据来源庞杂,且不同应用领域对模型精度的要求不同。当前地质体三维模型构建技术还无法很好地支持大范围复杂地质结构模型的快速构建,建模过程繁杂,并影响后续地质分析工作的开展。为了解决这一问题,该文面向三维城市地质调查工作,提出了一种知识驱动的多尺度三维地质体模型快速构建方法。以专家知识为指导,通过对研究区域进行盆地分析和古沉积环境分析,建立了研究区域内符合城市地质要求的沉积地层分层标准,摸清了时代内沉积相和沉积微相的空间分布。在此基础上,融合多源多类地质数据,运用Kriging插值、多约束条件Delaunay三角剖分与局部拓扑重构技术,详细探讨了从钻孔与剖面数据→地层格架面→三维地质体模型的快速构建过程。该方法已在中国地质调查局试点项目"闽江口地区地质环境调查"项目中得到应用,并集成在QuantyView3D系列地矿应用软件中。     

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。     

无人机遥感在陕西省榆林市靖边县龙洲丹霞地貌调查中的应用

基于陕西靖边龙洲无人机飞行获取的数据,使用Pix4D等软件生成正射影像、数字高程模型以及三维模型,对该区进行丹霞地貌遥感解译,突破了传统调查的方法限制,发挥了无人机遥感逼真、形象、宏观、真实的特点,取得了较好的效果。研究发现:利用无人机遥感技术结合野外调查,可以准确圈定丹霞地貌的范围,提取主要地质遗迹点信息,是一种快速、直观的好方法。     

地表空间水文过程三维可视化试验——以浙江黄土岭流域为例

地表空间水文过程涉及三维地理空间和一维时间,对其进行三维动态交互显示便于认知主体对水文过程形成正确的认识。本文以浙江黄土岭流域为试验区,结合地理信息系统和计算机图形学的方法和技术探究了流域空间水文过程的动态交互显示方法。利用OpenGL的三维建模和图像渲染功能表现三维的水文过程,其中双缓冲技术保障了水文过程时间变化的展示。探讨了表面建模,地形着色处理,光照法线计算,水体透明处理,时相水文数据处理及交互参数输入等方法,并建立了地表空间水文过程的显示系统。通过系统的运行表明,该系统能逼真地显示不同高程连续水体的三维动态变化。     

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的算法供同行讨论；并在微机上实现上述算法。     

广州建成区三维城市模型的构建及其高度分布特征

根据在Google Earth上采集到的广州市高层建筑数据,经过校正、换算、加权等一系列的数据处理过程,结合2004年广州土地利用图,使用ArcGIS的三维建模功能,构建了广州市基于250 m、500 m和1 000 m 3种方格网的三维城市模型,并重点对500m方格网模型的高度分布特征进行了分析.结果显示,广州三维城市空间形态具有如下总特点:城市高度居于全国前列,高层建筑广泛分布而相对集中,城市"地形"呈"三峰四阶梯"式的起伏形态,城市天际线变化较大.     

基于GRID-TIN混合格网DEM的旱作梯田数值模拟模型研究

旱梯田地形具有独特的平面和剖面形态特征,现有DEM难以对其地貌形态特征进行准确描述,无法满足构建旱梯田地形数值模拟模型的需求。为此,以黄土高原典型旱梯田地形为切入点,基于Grid-TIN混合格网DEM和面向对象技术构建出水平梯田等典型旱梯田数值模拟模型。根据旱梯田地形的独特地貌形态特征,提出能够对旱梯田地形的高程、坡度进行准确计算的数字地形分析方法。该研究成果是对基于DEM的旱梯田地形数值模拟模型研究的有益尝试,对于探讨利用DEM实现旱梯田地形的有效数字表达与分析具有重要理论意义。     

遥感图像三维可视化的实现及应用研究——以腾冲机场建设工程为例

近年来,随着计算机、遥感、摄影测量及其相关技术的飞速发展,使得通过快速获取地表信息并重建三维地表成为现实.遥感图像的三维可视化对于宏观观察者(如领导干部、项目决策者等)而言,其实际效果相当于乘坐在一定高度的飞行器上进行航空路线观察,方便其决策方案设计;对于遥感图像解译者(具体的工作人员)而言,高精度的三维影像动画系列图提供了可供反复使用的真实、客观、信息连续的宏观分析地面景观影像;对于项目施工方,可利用高精度的遥感三维影像快速准确地分析地形和计算土石方填挖量;在机场规划与设计过程中,设计净空模型,对机场净空进行评定.