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)。     

基于QTM格网的球面对称正交小波构建与多分辨率表达

全球离散格网可以实现全球空间数据的无缝管理,却不易进行球面局部数据的多分辨率自适应表达与描述.针对上述问题,该文在基于球内接正八面体的全球离散格网框架基础上,引入球面流形概念,将平面小波在球面上重新定义,构建了具有多分辨分析、局部紧支撑特性的球面离散对称正交小波,可以兼顾数据压缩和球面局部数据的多分辨率自适应表达.最后在Matlab平台上进行了相关实验分析,验证了相关方法的正确性与可行性.     

基于球面DQG的矢量与地形数据无缝集成

现有的全球大规模空间数据可视化系统主要侧重于影像和地形数据的综合表达,针对矢量与地形的集成可视化能力相对较弱。该文以球面退化四叉树格网(Degenerate Quad-tree Grids,DQG)为基础,通过DQG格网的三角化过程构建了地表DEM模型,并提出了从矢量线对象到地形格网表面的映射方法。采用GTOPO30数据集和国界矢量数据进行了相关实验,结果表明:该方法能实现矢量数据与多分辨率DEM的无缝集成,并能有效地避免矢量对象"悬浮"和"入地"等现象。     

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。     

菱形三十面体六边形全球离散格网系统构建算法

全球离散格网系统是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的多源数据关联融合新模式。正二十面体的三角面不利于建立格网单元行列索引,且生成的球面格网单元存在较大形状差异,对此,该文采用面数更多、结构更优的菱形三十面体构建六边形全球离散格网系统。首先,在单个菱形面上建立离散斜坐标系描述多种孔径六边形剖分产生的多分辨率格网;其次,根据菱形三十面体的几何属性确定跨面单元归属,据此拼接各面上的多分辨率单元,构成封闭三十面体上的格网系统;最后,通过Snyder等积多面体投影将封闭菱形三十面体上的格网系统映射至球面。实验结果表明,相比二十面体的同类成果,菱形三十面体六边形全球离散格网系统的几何属性和应用潜力更好,有助于建立地球空间信息数据的高精度承载模型。     

基于QTM的海平面上升分析与模拟

针对海平面上升影响范围分析与模拟这一国际前沿问题,通过研究基于球面四元三角网(QTM)的关键技术问题,包括复杂拓扑关系计算、LOD剖分、球面水淹分析、基于QTM的多分辨率的DEM数据组织方法和分析精度的相关性评定等,以.Net和Direct3D为开发工具,设计开发了基于QTM的海平面上升影响范围评估模型。该研究结果可为全球海平面上升影响的防灾减灾决策提供有效支撑,并推动了球面数据模型和球面格网拓扑分析的理论成果在全球变化预测相关领域的应用进展。     

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。     

一种基于模糊相似度的球面格网几何变形评价指标

全球离散格网模型的不确定性,包括格网单元的几何变形及空间分布问题,是制约其广泛应用的主要因素之一。该文从三角形相似的角度出发,构造了球面三角格网的模糊相似度评价指标,以此对球面四元三角格网模型的几何变形特征及其收敛性进行分析评价,并给出了格网单元变形在八面体单元和全球区域的位置分布规律。最后,与传统评价指标进行对比实验,结果表明:该指标不但能够反映剖分模型的几何变形分布,而且还具有两大优势:1)能够同时反映剖分单元的几何形状和面积变形,可作为格网形状和面积变形的综合评价指标;2)该指标是相对于不同递归层次上理想剖分单元的绝对变形量,相比其他统计量,更便于表达不同层次间的格网几何变形。     

全球空间数据剖分模型分析

随着数字地球发展,全球空间信息多尺度表达和管理使得传统平面格网系统的局限性越来越明显,建立全球数据多尺度剖分模型已成为国内外学者关注的热点。该文介绍并分析全球剖分系统,根据剖分单元的形状和最终投影曲面的性质对球面剖分系统进行分类。总结出球面剖分系统具有连续性、稳定性、层次性和近似均匀性等优点,既有效避免了传统平面格网表达全球数据时存在的数据冗余问题,又克服了不规则球面剖分系统无法进行层次关联的缺陷,在管理全球、多层次和海量的空间数据时具有优势。     

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。