基于GIS平台三维可视化方案设计——以水污染、旅游为例

二维地理信息系统源于20世纪60年代,起源于机助制图,由于二维系统自身因素的限制,它也可以被称为是三维空间平面化的符号表示系统,所以在表达上不如拥有现实感的三维更加直观。当今科技飞速发展,传统的2D系统已经很难满足现代人更直观的视觉需求,而三维系统的建立恰好弥补了二维的不足。本文主要通过建立三维模型,分别研究水井位置、工业设施和地下水体污染轻重的空间关系,景区的三维模型建立,三维场景中表面及矢量要素的立体显示以及DEM、TIN在三维建模的特点。     

基于LiDAR的海岛岸线自动提取研究

为了探讨栅格化方法与图像分割法对海岛岸线提取的效果,本文主要研究了基于Li DAR数据利用这两种方法对某岛进行瞬时海岸线的提取。利用栅格化方法通过对Li DAR点云数据进行粗差剔除、滤波去噪、构建Terrain数据集、创建栅格表面、生成TIN模型及自动生成等高线,从而实现了瞬时海岸线的提取;利用图像分割法是通过对Li DAR点云数据进行粗差剔除、滤波处理、构建TIN模型、生成二值栅格图像、图像处理与图像边缘提取的过程实现瞬时海岸线的提取。对两种方法提取的海岸线进行叠加显示分析,试验结果表明:两种方法提取的海岸线形态结构基本吻合,海岸线提取效率较传统方法均有提高,但栅格化方法提取的海岸线比图像分割方法提取的海岸线更平滑、更细化,边缘信息较为丰富,与实际海岸线更贴切,效果更加理想。     

隧道三维点云孔洞修复方法

针对隧道三维激光扫描点云中的孔洞,设计一种基于断面轮廓的孔洞修复方法。隧道具有深长性与截面恒定性两大特征,文中基于这两大特征,利用间邻稳定轮廓拟合完整隧道修复孔洞。该方法能够对三维激光扫描点云进行圆柱投影,利用Delaunay三角构网,提出基于隧道表面三角网的孔洞识别方法,最后根据相邻隧道轮廓相似的特点,利用相邻的轮廓对孔洞进行修复。该方法能很好的修复孔洞并保留隧道结构细节,并以真实的隧道扫描数据验证算法的有效性和可靠性。     

基于四方边缘结构的实用TIN快速构建

使用具有完备空间拓扑信息表达能力的数据结构-四方边缘结构(Quad-Edge),快速地构建Delaunay三角网和它的对偶Voronoi图,进而实现了限定Delaunay三角网(CDT)的创建,生成符合实际应用要求的TIN。在此基础上实现了等高线和断面的生成,对带洞的TIN也作了一定程度的研究。     

一种TIN生成算法及其三维显示

基于三角网的数字高程模型可以逼真地表现地表形态。在Visual C 6.0集成开发环境中构建基于等高线数据的三角网,提高构网的速度和精度,利用0penGL完成基于TIN的三维地貌显示。     

基于Delaunay三角网的等高线骨架提取算法

根据等高线数据直接建立不规则三角形网络模型往往会在山顶、山底、山脊和山谷等特殊地区出现＂平三角形＂,导致模型失真。文中基于Delaunay三角网,通过对＂平三角形＂的处理,提取骨架线,并结合地形特征估计其高程值。实验证明该算法能够有效地提取各种地形骨架线,对于建立逼真的数字地面模型和进行数字地形分析具有重要应用价值。     

TIN DEM线性内插不确定性的随机过程模型

基于随机过程模型导出了TIN DEM线性内插的随机过程模型,给出了不规则随机空间三角形的不确定性描述,讨论了TIN节点误差在线性内插中的传播问题。通过理论推导和实际算例,得到了TIN DEM线性内插点的点位方差和误差椭球半轴的解析表达式、线性内插精度最高点坐标的解析表达式,该结论与三角形的形状无关;对DEM线性外推导致精度急剧下降的必然性结论进行了理论证明;得到TIN线性内插的平均点位方差解析式,从理论上说明了本文结论的有效性。     

不规则三角网的几种数据结构及其存储机制研究

在比较分析了TIN的几种常见数据结构的基础上,针对TIN拓扑查询与搜索问题,提出了另外几种强调边拓扑信息的TIN数据结构,根据拓扑关系的表达方式可以将它们分为内存索引式结构、数组索引式结构及二者的混合结构,并给出了这些数据结构的多种序列化存储方式:数组索引直接存储、对象ID存储法、PythoncPickle存储、对象内存地址的存储法。研究比较发现数组索引直接存储的数据占用空间最少,对象ID存储法和对象内存地址存储法的二进制方式占用空间相同,Python cPickle只适合于极小规模的TIN数据的存储。对基于不同数据结构的TIN模型构网效率测试表明,不包含边信息的结构的构网效率最高,含有边信息的结构中采用数组索引表示拓扑关系的构网效率最高。研究结果将对TIN模型的软件实现具有理论及应用价值。     

地下空间数据挖掘与虚拟现实

目前,地理信息系统处理空间数据多停留在点、线、面三类二维的地表数据,对离散或连续的真三维数据进行处理尚处于初步研究阶段。本文基于ArcGIS9.2版本中新开发的Extrude Between模块的拉伸封闭多边形面功能,以某校区地下87个离散钻孔数据为例,进行三维虚拟实现:首先,进行空间数据的挖掘,即对87个钻孔数据通过预处理,进行对具有特异值的各个钻孔数据层空间内插,生成具有深度属性的各层等高线,最终生成模拟各地层上表面形态的TIN;然后,虚拟实现真三维数据的可视化及体视化,达到对地下实体空间进行逼真模拟,反映该校区地形、地貌、地层分布以及水文地质特征。     

三维显示中的DTM数据简化算法

提出了一种将图形生成技术与图像处理相结合,对DTM数据进行最优三角划分的简化DTM数据的算法。依据一定的分辨率条件,将DTM数据转化到二维图像空间,找到它的局部特征点,并将二维空间的特征点利用Delaunay剖分三角化,再映射到三维空间,从而在简化数据的同时,得到一个满足保真性要求的TIN模型。最后实验验证了算法的有效性。