面向大规模动态地形可视化的LOD组织与调度技术

地貌演化等地表过程的分析模拟实时产生系列地形数据,该动态过程的可视化对性能要求较高,传统基于预处理的方法计算量大、绘制延迟明显。面向大规模动态地形可视化,提出一种LOD预处理与实时更新相结合的混合调度技术,基于场景图对动态地形LOD建模与组织,建立多线程模型实现地形瓦片的动态更新和绘制。对于每次迭代计算产生的新地形,该方法以LOD瓦片的动态调度替代传统的静态预处理方法,与地表过程计算同步更新瓦片,且仅重新计算和渲染当前视域和分辨率下地形发生变化的局部瓦片,通过LOD的局部动态更新避免可视化数据的全局重新生成,显著降低过程模型计算和结果更新对渲染过程的影响,提高整体的可视化性能。     

基于多分辨率半边的三维地形自适应无缝建模

"限定四叉树"法可以实现三维地形自适应无缝建模,但仍存在一些问题,如计算量大、数据冗余等。该文将多分辨率半边理论引入到三维地形建模中,提出了适合自适应地形格网存储和格网面提取的方法;设计并实现了三维地形自适应无缝建模的算法;最后,应用C语言和DirectX工具,开发了相应的可视化实验系统。与"限定四叉树"法相比,该方法不需要反复检测相邻格网的层差,且随剖分层次的增加,格网数量和渲染数据量的降低率逐渐增大,分别达13.9%和12.2%(剖分层次为7)。     

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。     

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。     

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SPIHT小波的DEM自适应压缩方法研究

海量地形数据给其存储、分发和实时渲染带来了极大的挑战,因此迫切需要适合网络环境下地形可视化的数据压缩方法。该文探讨地形复杂度与DEM压缩方法的关系,研究可视化中地形复杂度的计算方法,并提出一种改进的SPIHT小波压缩方法:采用小波分解后的系数对DEM的地形复杂度进行评估,并针对地形复杂度对编码算法进行自适应调节。实验证明,这种改进的SPIHT小波压缩方法采用合适的压缩比进行DEM数据压缩,能够在满足地形可视化需要的同时提高压缩效率。     

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。     

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。     

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。     

洪水演进三维模拟仿真系统可视化研究

洪水演进仿真系统的研制，是实施“数字流域”工程的重要组成部分；结合洪水演进可视化目标的分析，基于Visual C 系统开发平台，融GIS技术和Opengl开发技术，采用三角形逼近、光滑处理和加入法向量以控制光照的方式，实现了流域地形及河床的三维可视化仿真；应用广度优先搜索算法确定了运动水体与流域河床形态的自适应与自相依的关系，使流域洪水演进模拟具有真实自然的可视化效果。所研制的系统雏形，可有效的模拟流域洪水的三维演进过程；     

A hybrid representation for modeling,interactive editing,and real-time visualization of terrains with volumetric features

Terrain rendering is a crucial part of many real-time applications. The easiest way to process and visualize terrain data in real time is to constrain the terrain model in several ways. This decreases the amount of data to be processed and the amount of processing power needed, but at the cost of expressivity and the ability to create complex terrains. The most popular terrain representation is a regular 2D grid, where the vertices are displaced in a third dimension by a displacement map, called a heightmap. This is the simplest way to represent terrain, and although it allows fast processing, it cannot model terrains with volumetric features. Volumetric approaches sample the 3D space by subdividing it into a 3D grid and represent the terrain as occupied voxels. They can represent volumetric features but they require computationally intensive algorithms for rendering, and their memory requirements are high. We propose a novel representation that combines the voxel and heightmap approaches, and is expressive enough to allow creating terrains with caves, overhangs, cliffs, and arches, and efficient enough to allow terrain editing, deformations, and rendering in real time.     

Rendering interior-filled polygonal vector data in a virtual globe

Polygonal vector data are important for representing countries, lakes, residential settlements, and other polygonal features. The proper representation of polygonal vector data is the basis of efficient rendering and picking and quick access and display of the analysis results based on polygons (e.g., 3D overlaying and surface area measurement in mountainous areas) in a virtual globe. However, polygonal vector data are displayed using texture-based or boundary-based approaches in most existing virtual globes. The texture-based approach cannot easily support interactive operations (e.g., picking) and spatial analysis (e.g., adjacency analysis and spatial measurement). The boundary-based approach treats the holes as independent features; however, it is difficult to recognize which boundaries constitute a polygon. Further research is needed on how to better organize the polygons to support efficient rendering, picking, and analysis in a virtual globe. In this article, we propose two methods to drape interior filled 2D polygons onto a multi-resolution 3D terrain. Both proposed methods combine polygon clipping and polygon triangulation. The difference between the two methods is in the way holes are eliminated. Method 1 recursively subdivides a terrain triangle until the child-triangles contain no holes; every resulting clipped polygon, which is then triangulated, contains no holes. Method 2 directly clips a polygon against a terrain triangle and creates bridge edges to transform the resulting polygons with holes to degenerate polygons that are further triangulated. The experimental results demonstrate that both proposed methods can efficiently process polygons with holes resulting in appropriate numbers of triangles. The processed interior-filled polygons remain close to the terrain surface in a virtual globe. Both proposed methods support real-time rendering of polygonal vector data in a virtual globe.     

湟水流域主要灾害类型分布及成因与对策探讨

湟水流域是青海省经济、人口、文化重心,但频繁发生的灾害对流域乃至全省经济持续发展产生了消极影响。由于研究区域位于青藏高原向黄土高原的过渡地带,与全国其他地区相比,灾害在分布、发生特点、成因上不仅具有过渡特点,而且具有综合的特点,具体表现为种类繁多、垂直地带性特征显著,即随着地势高低,上下游地势显著变化,灾害在类型组合、发生强度、承灾体、致灾因子上都有显著不同,针对这些特点,提出了分流域段、分地势高     

多尺度TIN管理及表达算法探讨

为实现大规模地形的多分辨率显示与实时绘制,基于LOD技术给出了多尺度TIN的管理和表达算法。探讨该算法相关的数据组织、LOD层次表达、实时刷新等关键问题。该算法使用分级策略,在不影响视觉效果前提下对TIN进行分级表达;使用分区策略,在可视化过程中对TIN进行局部更新。采取不同分辨率TIN模型间逐步过渡策略,基本上消除了视图变换时的跳跃感。实验结果表明,这种紧凑有效的TIN表示方法实现简单,内存开销较少,CPU耗费小,大大缩短了视图刷新切换时间,能够在普通机器上实现大规模地形的实时漫游。     

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。     

复合型泥沙灾害过程特征及区域划分

本文给出了复合型泥沙灾害的定义,从时间序列角度出发,表述了复合型泥沙灾害过程的复杂性、周期性、耦合性及层次性等特征,并对泥沙灾害的区域关联性与区域差异,区域划分与分区特征作了研究。根据复合泥沙灾害过程发育的大环境及基本复合过程进行划分,分为东部平原-沿海地带复合泥沙灾害过程地区、中部高平原低山复合泥沙灾害过程地区、西北干旱高中山盆地复合泥沙灾害过程地区、青藏高寒山原复合泥沙灾害过程地区4个一级区;依据泥沙灾害复合过程的相似性及差异性,划分11个复合泥沙灾害过程二级亚区。     

基于增量段式的地形数据存储模型设计及算法实现

在研究地形多分辨率细节层次模型构建理论的基础上,提出了结合地形特征的模型细节层次的细分过程,改进了基于外存的数据存储设计方法。设计了基于增量段式存储的数据组织方式,研究了地形数据绘制过程中的裂缝现象,引入模型高度损失误差计算方法,通过采用增删高程点的办法,消除了绘制图形中的裂缝。以某地区的DEM数据为实验数据,采用C++和OpenGL编程实现了地形的绘制。结果表明：本存储策略优于传统存储策略,通过增量段式的形式存储不同分辨率的高程点,重叠的高程值不再重复存储,以节约外存空间,减少了数据冗余度,I/O操作时间提高率为25%。且随着数据量增加,I/O操作时间提高效率更为显著。该存储设计将物理分块、逻辑分层、索引检索方法结合在一起使用,在减少外存占用率、降低数据量加载的同时,也提高了数据扩展的灵活性。当增加地形分块时,不会影响原有分块和存储结构。实验效果与原始地形非常相似,保证了生成的细节层次模型的真实性。此外,针对DEM实验数据,在加载非相邻分辨率等级层次的数据时,地形绘制过程出现裂缝的问题,通过删除高程点的办法来消除裂缝,取得了很好的实验效果。     

贫困山区经济开发

按照1986年5月中国山地综合开发讨论会建议,1987年10月8—10日在安徽省安庆市召开了全国贫困山区经济开发学术讨论会。会议的主题是,贫困山区经济开发。会议的主要议题有:1.山地生态环境;2.山地资源综合开发利用;3.山地灾害综合治理;4.贫困山区产业结构的调整:5.山区脱贫致富和加速建设的经验。     

DEM地形分析在山区地质灾害研究中的应用——以云南省漾濞县为例

云南省漾濞县具有典型的山地特点,每年其境内发生的地质灾害都给人民生命和财产造成了极大的损失。在漾濞县的地质灾害调查中,通过"3S"技术的应用,建立了漾濞县的数字高程模型,进行了基于ArcGIS的地形分析,提取出了坡度和坡向等重要的地形因子。通过研究发现:坡度是漾濞县地质灾害频发的最主要控制因素,漾濞江及其支流上游的滑坡和崩塌为泥石流的发生提供了物源基础;同时阳坡是地质灾害发生的主要坡向,滑坡和崩塌等灾害发生频繁。最后,制作了漾濞县坡度、坡向分析图,指出了漾濞县较易发生地质灾害的地区,为其他山地地区地质灾害研究提供了一种借鉴模式。     

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。