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。     

一种基于TIN的地形剖面线生成算法

在目前已有基于规则格网(Grid)生成地形剖面线的基础上，提出了一种适用于不规则三角网(TIN)的剖面线生成算法。该算法充分利用TIN中各三角形间存在的拓扑关系，实现了与剖面线相交三角形的快速搜索，大大提高了算法的执行效率。由于地形简化后的TIN仍保留三角形间的拓扑关系，该剖面线生成算法还适用于多分辨率的海量TIN数据。     

顾及等高线和凹边界特征的不规则三角网生成方法

传统的不规则三角网生成算法会导致等高线凹边界处生成大量的狭长三角形,影响地形表达模型的准确性和合理性.该文提出了渐进式的三角网扩展生成方法,设计了三角网渐进式的扩展原则和具体的实现方案,发展了闭合扩展边链的提取和三角化的方法,构建了顾及等高线特征的Delaunary三角网模型,并应用某煤矿煤顶板数据进行了相关实验.结果表明:该方法既保留等高线的基本特征,又能有效地消除等高线凹边界处的狭长三角形.     

基于四叉树索引构建TIN的高效合成算法

不规则三角网(TIN)可以逼真的模拟地形表面,因此被广泛应用于地学领域。Delaunay三角剖分算法是构建TIN网的最优算法,该文对传统Delaunay三角网构建算法进行分析,提出了一种针对大规模离散数据点生成TIN的高效合成算法。该算法首先根据离散点的分布位置和密度对其进行四叉树区域划分;然后以每个叶子节点的边界四边形为凸包,采用逐点插入法构建三角网;最后采用顶点合并法自底向上合并具有相同父节点的4个子节点,生成Delaunay三角网。实验结果表明,该算法时间复杂度较低,有效提高了TIN网的构建效率。     

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。     

组件式三维GIS技术及应用研究

组件化是地理信息系统软件开发的发展方向，而三维可视化是地理信息系统的核心技术之一。文章就三维地理信息系统开发中的关键技术进行了研究，如：三维场景综合建模平台、地形模型的建模和处理、地物模型的建模和处理、地物模型与地形模型融合、基于矢量地图数据生成地表纹理、视景数据动态管理等。并运用开发的系统对河南省新密市古城寨遗址进行了模拟。     

多边形主骨架线提取算法的设计与实现

在Delaunay三角网的基础上对骨架线节点进行了分类,通过确定主骨架线的两个端点,运用回溯法提取了多边形的主骨架线,同时给出了详细的算法步骤,并在Visual C++2003环境下实现了该算法。较之其他算法,该算法思路简捷,易于编程,生成的主骨架线形态优良,较好地反映了多边形的主体形状特征和主延伸方向。     

基于SRTM DEM数据的全国地表面积计算研究

对山区表面积的估算方法为准确估算复杂地形条件下的陆地生态系统固碳特征提供了基础条件。投影面积与实际表面积在山区有相当大的差异,这些差异对于估算陆表覆被面积、碳水循环有较大的影响。该文通过地形特征点提取算法和不规则三角网构建算法,以省域为单位提取地形特征点,并在此基础上构建了不规则三角网,求算区域表面积。根据表面积与投影面积的比较,得出以下结论:1)不同分辨率的DEM数据对计算结果是有影响的,分辨率越大,表面积越大;2)在SRTM DEM尺度(90m)下,我国陆地范围的表面积为1 003.36万km2,比投影面积多出约43万km2。     

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。     

3D_DP和Quad_TIN支持下的大规模地形自适应LOD算法

将地貌综合的三维Douglas-Peucker方法引入地形LOD中,通过构建Quad_TIN模型,结合离散点的全局重要性分级、地形块的四叉树模型构建、高效的可见性判断及增量更新等策略,提出一种大规模地形实时动态显示的新算法。实验结果表明,在保证地形的自适应快速、逼真显示的前提下,可大大扩展三维Douglas-Peucker和Quad_TIN的适用范围及运算效率,为海量三维场景的逼真快速重构提供了现实可能性。     

基于拓扑追踪的不规则三角网裁剪算法

针对地质建模中常见的空间曲线(如断层线、断层多边形、等值线等)提出一种较为通用的空间曲线裁剪三角网算法,并给出合理的空间裁剪曲线定义。利用依附于三角网上的空间曲线,沿着三角网进行拓扑追踪,并沿追踪轨迹进行分离,最终实现三角网的裁剪。该算法对开曲面、闭曲面、复杂地质曲面裁剪效果都很好,算法复杂度低,易于编程,适用于绝大多数的地质曲线对不规则三角网的裁剪。     

大尺度分布式水文模型数字流域提取方法研究

构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一 种根据1km DEM 生成更大网格尺度DEM 数据, 同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度 等地貌参数信息量衰减速度的有效方法———ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河 唐乃亥以上流域的5km、10km、15km 和20km 两套DEM 数据, 分别提取高程、坡度、地形指数、河 网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数, 并与1km DEM 提取的上述参数进行比较, 对两 种方法作出评价。结果显示, 随着网格尺度的增大, ZB 算法获得的DEM 数据可以保持河网的连 续性, 提取出合理的流域范围, 减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文 模型提取数字流域的需要。     

基于Morphing的三维地质界面生成

利用Morphing技术,参照四周地质界线的形态特征并以之为约束,插值生成一系列形态渐变的过渡曲线,采用轮廓线算法构建相邻曲线间的不规则三角网,并最终生成较为光滑的三维地质界面。将实际复合问题转化为4种基本问题进行求解,并详述了四边问题的实现细节。实验表明,该方法能够生成光滑三维地质界面,并较好地保留了已知地质界线的形态特征。     

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。     

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DEM 的数字降水径流模型在黄河小花间的应用

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据，在流域地形分析及水质构建等方面形成了比较成熟的算法，基于DEM的水文模拟技术的应用给传统的水文模拟方法带来了根本性的变化，基于栅格型DEM，应用最新引进的WMS专业水文处理软件，结合Arc/info、Areview地理信息系统工具，以黄河小花间（小浪底-花园口区间）卢氏以上流域作为研究区，进行了数字降水径流模型的应用研究。     

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。     

约束Delaunay三角网点删除的一体化凸耳消元法(IEE)

对Delaunay三角网(CD—TIN)点删除算法——凸耳消元法(EE)进行剖析,提出约束Delaunay三角网的点删除算法——体化凸耳消元法(IEE)。该算法将CD-TIN的点删除转化为点的影响域重构,并保证重构后的CD—TIN满足CD—TIN的可视性与空圆法则,确保了CD—TIN的拓扑完备性,实现了CD—TIN中约束点与非约束点删除的一体化操作和局部更新,并得到实验验证。     

3DGIS中复合地形纹理生成与应用

3DGIS仅用数字高程模型(DEM)表现地形远达不到三维可视化的要求.在传统3IDGIS中,通常采用数字正射影像(DOM)作为DEM的纹理表达地面景观,但其逼真性往往会受到影像分辨率的限制.该文借鉴Mipmap思想,提出一种新的纹理生成方法来解决上述问题,即通过对DOM和二维矢量数据赋予投影信息,将多幅影像及相关矢量数据作为生成3DGIS地形的纹理数据源,生成不同分辨率、不同详细程度的金字塔纹理,动态表现地面景观,并对生成的金字塔模型数据进行高效的索引、存储与管理.上述方法在实际应用中取得了满意的访问效率和视觉效果.