三维空间测量数据体视化技术研究

介绍体视化的基本流程,着重阐述两类不同的三维空间测量数据体视化原理与方法,并对体视化技术在三维空间测量数据可视化中的应用做了介绍,得出了一些有益的结论和建议。     

Elevation models for reproducible evaluation of terrain representation

ABSTRACT

This paper proposes elevation models to promote, evaluate, and compare various terrain representation techniques. Our goal is to increase the reproducibility of terrain rendering algorithms and techniques across different scales and landscapes. We introduce elevation models of varying terrain types, available to the user at no cost, with minimal common data imperfections such as missing data values, resampling artifacts, and seams. Three multiscale elevation models are available, each consisting of a set of elevation grids, centered on the same geographic location, with increasing cell sizes and spatial extents. We also propose a collection of single-scale elevation models of archetypal landforms including folded ridges, a braided riverbed, active and stabilized sand dunes, and a volcanic caldera. An inventory of 78 publications with a total of 155 renderings illustrating terrain visualization techniques guided the selection of landform types in the elevation models. The benefits of using the proposed elevation models include straightforward comparison of terrain representation methods across different publications and better documentation of the source data, which increases the reproducibility of terrain representations.     

不同属性数据的三维等值线叠合绘制方法

提出一种新的三维等值线充填方法,使用本方法不仅可以绘制单个数据的三维带颜色充填等值线,而且可以在一个空间曲面上叠合绘制同一区域代表不同物理属性的数据的等值线。看上去外层数据带充填颜色的等值线就像一个可任意拉伸的半透明的覆盖面铺在下层曲面上一样。从而能够直观地反应出不同物理量之间的关系。因为在同一区域不同数据的等值线可能会出现交叉、重叠等复杂情况,所以充填叠合以后等值线之间的颜色的方法也相应的要考虑更多的因素。本方法在规则网格数据上实现,但其思想也可应用于三角网方法。     

战场环境仿真中基于图像的实时阴影技术

阴影是战场环境仿真中增强真实感的重要手段。分析战场环境中阴影的特点,将其分为静态阴影和动态阴影,根据战场环境仿真对阴影效果实时性和真实感的要求,采用改进的快速光线跟踪算法和预烘焙方法生成光照图,分别实现静态阴影中的地形和地物阴影,采用光源空间透视阴影图技术,改善阴影边缘走样,实时渲染真实的动态阴影。实验结果表明,实现的阴影效果达到了较好的实时性和真实感。     

三维激光扫描装置设计与数据处理

三维激光扫描仪克服了传统的单点测量方式,可以方便地对实物进行复制建立立体模型。笔者简单介绍了三维激光扫描仪构造及其实现的原理,利用自行购买的激光雷达、相机和电控平台等部件搭建三维激光扫描平台,利用串口通讯实现对激光雷达、相机和电控平台等硬件控制,进一步完成三维激光扫描点云生成及图像获取,并对生成的点云进行了精度校正,最后基于特征点拼接多幅扫描图像并成功地实现了扫描点云和图像的匹配融合,其中点云精度和图像融合效果较好。     

面向气象数据可视化的多功能绘图引擎研究与实现

针对气象数据可视化应用中对渲染速度和出图质量的要求,基于抽象工厂模式设计并实现了一款集多种图形渲染技术于一体的渲染引擎。通过实时切换图形渲染技术,该引擎在保持图形显示属性不变的前提下,既能够提供由硬件加速技术所享有的高性能,又能够输出高质量的矢量图形。使用该引擎的气象信息分析处理系统能够实现天气图的交互制作,海量气象数据的实时显示,用于科研论文和业务演示的矢量格式图像文件生成。因此,该绘图引擎能够较好地满足天气预报业务和气象科研两个方面的可视化需求。     

利用可编程GPU硬件进行大规模真实感地形绘制

提出了一个用于大地形数据外存可视化的硬件加速的视点相关LOD渲染算法。为了在可视化中实现真实感,把相应的卫星或航空图像纹理应用在地形上,还提出了在保持实时帧速的同时,在地形上显示如建筑物、树木、道路等大量的静态物体集合的高效率的目标处理算法。上述算法已成功地在不同的实际地形数据和卫星影像纹理上进行了测试,测试结果表明,基于可编程GPU硬件的大规模地形绘制速度快、真实感强。     

Windows Mobile平台下绘制GIS海量数据的性能优化技术

运行于Windows Mobile操作系统下的移动GIS,由于其硬件设备的CPU处理速度慢和内存容量小,严重影响其在移动设备上的应用与推广。针对该问题,提出了开发语言的选择、渲染过程的优化控制、数据的内存映射,及各种数据格式的特殊优化处理等措施来提高移动设备上GIS海量数据的渲染性能,并在WindowsMobile平台下通过实际案例的开发研究,实践了这些技术。通过开发实践证明,采用这些技术提高了GIS数据渲染的时间效率和空间效率,方便了用户的操作。     

一种基于屏幕的三维地图线状符号渲染方法

作为地理信息系统中的重要组成部分,矢量数据在三维GIS中发挥着重要作用,如指示地理对象、解释空间关系和丰富图面信息等。随着图形硬件的迅速发展和虚拟地理环境的广泛应用,为了在三维地图中精确、高效地绘制出具有复杂样式的线性地图符号,本文提出了一种利用OpenGL Shader Language的三维地形表面线状符号渲染方法。该方法通过对矢量数据进行编码形成纹理数据,完成矢量数据在程序与GPU间的传输;将地形单元和矢量线段间的映射关系存储在索引纹理中,用于关联线段的实时查找;通过计算当前屏幕片元与关联矢量线段的空间位置关系,判断片元所属符号的区域,进而设置片元的颜色。实验表明,本方法可在三维地形上高质量地渲染出几种典型的复杂线状符号,并能保持较好的渲染性能。     

CityGML goes mobile: application of large 3D CityGML models on smartphones

CityGML, a semantic information model for digital/virtual city models has become quite popular in various scenarios. While the data format is still actively under development, it is already supported by different software solutions, especially GIS-based desktop applications. Mobile systems on the other hand are still neglected, even though the georeferenced objects of CityGML have many application fields, for example, in the currently popular area of location-based Augmented Reality. In this paper we present an independent multi-platform CityGML viewer, its architecture and specific implementation techniques that we use to realize and optimize the process of visualizing CityGML data for use in Augmented Reality. The main focus lies in improving the implementation on mobile devices, such as smartphones, and assessing its usability and performance in comparison to web-based approaches. Due to the constrained hardware resources of smartphones, it is a particular challenge to handle complex 3D objects and large virtual worlds as provided by CityGML, not only in terms of memory and storage space, but also with respect to mobile processing units and display sizes.