面向虚拟地球的海陆地形多尺度TIN建模及可视化方法

提出了一种面向虚拟地球的海陆地形多尺度不规则三角网（triangulated irregular network,TIN）建模及球面快速可视化方法。利用贪心插入TIN表面简化算法构建海陆地形的离线TIN金字塔,并设计了一种高效的虚拟节点结构,对各级TIN构网实施无缝分割和分层分块存储。在利用离线TIN地形金字塔实现多尺度海陆TIN地形的快速检索和三维场景生成的基础上,通过一种接边关系编解码方案实时消除TIN地形渲染时的裂缝,最终实现多尺度海陆TIN地形场景的高效可视化。实验结果表明,该方法能显著减少海面渲染所需的面片数,并实现岛礁、海岸等破碎地形的高保真度表达,有效改善了传统虚拟地球系统采用规则格网（Gird）模式绘制海陆地形导致大量几何冗余和表达失真等缺陷。     

地形TIN中地理实体拓扑关系表达

传统地形TIN离散、独立的三角形结构限制了空间实体、空间关系的表达能力,分析和操作也比较困难,应用大多限制在可视化、渲染和光照分析等方面。由于不可能通过简单地扩展和改进现有模型来满足TIN中对空间实体关系表达的需求,从面向对象的角度出发,利用单纯剖分理论对TIN进行了实体划分和拓扑建模,使TIN具有了地理对象结构从而能够进行地理实体的表达与分析,建立了对象化不规则三角网(OTIN)与Euler示性数方向模型(EDM),使得TIN不但可以较好地表达地形起伏信息,还具有实体性和对象性,便于进行空间查询与分析。     

移动设备上基于地形高度场的快速绘制算法

大规模地形快速绘制技术一直是3维可视化研究的重要内容之一.大区域场景通常包含了丰富的地理信息,数据量巨大.因此,必须对复杂地形场景进行必要简化,以实现移动设备上大区域3维地形的快速绘制.针对移动设备的特点,提出了一种基于地形高度场的自适应四叉树多分辨率动态建模的方法表达3维场景,通过简化3维场景模型和动态加载场景数据的策略,提高大区域3维场景绘制的效率.     

几何地形数据实时绘制技术研究

大规模地形可视化在三维地理信息系统、虚拟现实以及虚拟地理环境系统中占有重要地位。本文研究大规模地形实时绘制技术，探讨了大规模地形实时绘制的基本途径和相关技术问题。     

基于瓦片数据的DEM构建与显示

对于大规模地形而言,地形网格的实时动态绘制速度和质量一直是人们关注的重点。地形漫游在仿真、模拟、虚拟现实、游戏等领域都有广泛的应用。该文在研究多种层次算法的基础上,采用一种地形瓦片重组数据结构的方法实现实时高帧率的绘制大规模地形。分析了地形场景数据管理与实时调度,视相关多层次细节模型与可见性判断以及分层数据组织和瓦片数据绘制等关键问题,并给出了相应的解决方法,改进了视景体裁切重组地形数据的方法。实验结果表明该方法在保持地形逼真的前提下,有很好的绘制网格帧率和实时动态交互效果。     

视点相关实时LoD地形模型动态构网算法

论述了一种视点相关实时LoD地形模型动态构网算法。基于GRID数据，以直角三角形为基本单元，利用二叉树构建地形的层次结构，兼具GRID与不规则三角网（TIN）的优点；并且解决了模型带来的“裂缝”问题。视景体可见区域多分辨率地形生成时，通过地形面片自身复杂程度、地形面片与视点距离以及地形面片与视线间的方向关系三方面确定该面片的绘制分辨率。实验结果表明，该算法在保持地形场景逼真的情况下，极大地提高了绘制速度，满足了实时交互的要求。     

基于瓦片数据结构的大规模地形构建与显示

地形漫游在仿真、模拟、虚拟现实、游戏等领域都有广泛的应用，但其大规模地形实时动态绘制的速度和质量一直是一个难点。文章主要分析了地形场景数据管理与实时调度、视相关多层次细节模型与可见性判断以及分层数据组织与瓦片数据绘制等关键问题。在研究多种层次算法的基础上，提出了一种实时高帧率绘制大规模地形的瓦片重组数据结构的方法，并改进了视景体裁切重组地形数据的方法。实验结果表明该方法在保持地形逼真的情况下，有很好的绘制网格帧率和实时动态交互的效果。     

三维地形可视化中不同图元渲染效率比较分析

大规模地形场景一般由几百万甚至更多的顶点构成,地形瓦片的图元组织与绘制效率直接决定了地形渲染的速度和质量。为明确Triangles,Triangle Strip,Triangle Fan和优化的Triangle Strip图元渲染效率,选取常用的11种大小瓦片样本进行对比试验。从初始化时间、索引缓存大小和实时绘制时间3个方面评估图元效率。结果表明：在地形瓦片小于256时,Triangles和优化的Triangle Strip具备较高的渲染效率,Triangles会占用较大的索引缓存;在地形瓦片超过256时,优化后的Triangle Strip图元具有最高绘制效率,并且占用最小的索引缓存。     

基于网格服务的空间信息3维可视化技术

构建基于网络的城市3维空间信息服务系统,需要解决海量3维地形数据、影像数据和纹理数据的网络传输,以及客户端场景渲染绘制实时处理能力等问题.针对3维空间信息可视化功能日益复杂的特点,利用网格服务的前沿技术,将现有的3维可视化处理环境服务封装为服务组件并进行网格化部署,充分利用集群网络上的计算和服务资源,实现网络3维数据的高效实时绘制与服务.     

外存大规模地形实时动态绘制算法

本文结合视点相关的层次细节技术、可见性剔除技术以及多线程技术等,提出一种基于外存中大规模地形实时动态绘制算法。在将原始DEM数据分割成多块标准化地形块的前提下,调度线程根据视景体顶点移动情况预测后续绘制所需地形并将其从外存预先加载到内存;绘制线程主要借助动态四叉树结构、标识矩阵、裁剪视景体来实现地形的多分辨率网格模型快速生成。实验表明,算法能够在普通PC机上实现大规模地形的实时绘制和漫游。     

Augmented virtual environment: fusion of real-time video and 3D models in the digital earth system

ABSTRACT

An Augmented virtual environment (AVE) is concerned with the fusion of real-time video with 3D models or scenes so as to augment the virtual environment. In this paper, a new approach to establish an AVE with a wide field of view is proposed, including real-time video projection, multiple video texture fusion and 3D visualization of moving objects. A new diagonally weighted algorithm is proposed to smooth the apparent gaps within the overlapping area between the two adjacent videos. A visualization method for the location and trajectory of a moving virtual object is proposed to display the moving object and its trajectory in the 3D virtual environment. The experimental results showed that the proposed set of algorithms are able to fuse multiple real-time videos with 3D models efficiently, and the experiment runs a 3D scene containing two million triangles and six real-time videos at around 55 frames per second on a laptop with 1GB of graphics card memory. In addition, a realistic AVE with a wide field of view was created based on the Digital Earth Science Platform by fusing three videos with a complex indoor virtual scene, visualizing a moving object and drawing its trajectory in the real time.     

实时GIS时空数据模型

为满足动态目标与传感器等实时观测数据获取、存储、管理、分析与可视化的要求,需要发展一种新型地理信息系统—实时GIS。本文根据实时GIS中各种地理要素的特点以及存贮管理要求,提出了一种面向动态地理对象与动态过程模拟的实时GIS时空数据模型,它将时空过程、地理对象、事件、事件类型、状态、观测等相关要素整合在一个时空数据模型中。基于该模型研发了新一代实时GIS,并以四种动态地理对象（包括移动对象、原位传感器对象、视频对象和过程模拟对象）的时空数据的实时接入、存储与可视化为例,验证的模型的可行性。     

基于倾斜摄影的实景三维单体化模型构建方法

倾斜摄影实景三维模型是由连续的三角网通过纹理贴图组成,模型上各地理要素具有"一张皮"的特点.针对无法管理与编辑模型上各地理对象的问题,本文提出了基于倾斜摄影实景模型进行单体化建模的技术方法.首先,利用倾斜航空摄影技术,探讨了基于Street Factory实景三维模型全自动构建方法;然后,以生成的实景三维模型为基础,利...     

矢量与栅格集成的三维数据模型

以矿山地质为背景，深入分析三维空间信息系统所涉及到的空间对象以及它们之间的联系，提出了几种新的空间对象类型。探讨用矢量与栅格混合的数据结构，以及面向对象的数据模型来表达各类三维空间对象，以此作为设计和建立三维地理信息系统的基础     

基于SketchUp和ArcGIS的城市3维建模技术研究

城市3维模型数据是指计算机对一个城市内所有固定对象的3维表达,是数字城市建设的一种重要框架数据。ESRI公司的ArcGIS系列软件作为一款功能强大的GIS软件,虽然在ArcGIS 9.2版本中对ArcGIS 3D分析扩展（包括ArcScene和ArcGlobe应用）的很多功能上进行了显著的改进,但是在制作3维对像数据上还是存在不足,需要借助其他专业软件辅助创建3维对象。而与专业3维模型软件之间的结合使用,例如,Google SketchUp,将为3维数据的实时和交互分析提供更多选择和机会。     

基于表面剖分的3DCM空间数据模型研究

３维城市模型（３ＤＣＭ）的研究近年来得到了飞速发展,但目前所开发的３ＤＣＭ系统大多属于３维可视化系统,所提供的空间分析与操作功能极为有限,究其原因,主要是缺乏能有效表达城市３维实体及其空间关系的３ＤＣＭ空间数据模型。尽管在３ＤＧＩＳ数据模型的研究方面,许多学者提出了很有价值的模型,但这些模型均难以灌足城市３维建模的要求。针对这一问题,本文首先分析了城市３维实体的几何特征及３ＤＣＭ系统要求,提出用外     

无人机实时视频与三维地理场景融合

针对无人机视频巡查时无法获取视频要素与周围场景地理要素的空间关系等问题,本文提出了一种无人机实时视频与三维地理场景融合方法。该方法通过设置路线站点获取无人机实时巡查视频,利用高分辨率倾斜摄影模型构建三维地理场景,将视频在三维地理场景中投影,构建视频投影参数规范和无人机数据传输模型,实现无人机实时视频与三维地理场景融合展示;对无人机实景融合的应用流程进行设计,并通过具体案例进行试验验证。试验结果表明,无人机实景融合具有良好的表达效果,视频与三维地理场景融合度高且视频画面变形较小。该方法将无人机视频应用扩展至三维空间,为视频要素赋予了空间参考。     

Consistency among parts and aggregates: A computational model

Heterogeneous geographic databases contain multiple views of the same geographic objects at different levels of spatial resolution. When users perceive geographic objects as one spatial unit, although they are physically separated into multiple parts, appropriate methods are needed to assess the consistency among the aggregate and the parts. The critical aspect is that the overall spatial relationships with respect to other geographic objects must be preserved throughout the aggregation process. We developed a systematic model for the constraints that must hold with respect to other spatial objects when two parts of an object are aggregated. We found three sets of configurations that require increasingly more information in order to make a precise statement about their consistency: (1) configurations that are satisfied by the topological relations between the two parts and the object of interest; (2) configurations that need further information about the topological relation between the object of concern and the connector in order to be resolved unambiguously; and (3) configurations that require additional information about the topological relation between the aggregate's boundary and the boundary or interior of the object of interest to be uniquely described. The formalism extends immediately to relations between two regions with disconnected parts as well as to relations between a region and an arbitrary number of separations.     

基于3维GIS的辅助电网规划系统的设计与实现

电网规划是一个具有多目标性、不确定性和多阶段性等特点的复杂系统优化问题。电网规划处理的对象具有时间和空间分布广阔的特点,这与地理信息系统所处理的数据对象特点相同。3维地理信息系统不仅能模拟3维场景,使规划工作过程直观,具有交互性,还能利用其空间分析功能,对目标单元进行剖析,得到的规划方案可靠合理。     

附有建模误差的曲线不确定性及其可视化

为描述复杂的现实世界对象,在GIS中将地理对象抽象和简化,建模误差必然存在,并且成为不确定性内容中的重要组成部分。本文将建模误差纳入到不确定性模型中,以三维B样条曲线为例,采用误差传播律来评估参数曲线的线位不确定性,充分体现现实世界对象的复杂性和数字表达的抽象简化的差距,进一步完善了不确定性理论。