海底多维综合数据建模及可视化技术研究

论文摘要

海底调查和科学研究工作是一项多学科、综合性的海洋调查研究活动。长期的海洋调查研究积累了大量的多源、异构、多维、动态、海量的海底综合数据信息,复杂的数据特点和应用需求为这些海底综合数据动态高效的集成、管理、共享、应用以及显示提出了新的挑战。随着“数字地球”、“数字海洋”的发展,“数字海底”理论和技术正日趋成熟,并且进行着广泛的应用,利用先进的空间信息技术对海底多维综合数据进行管理和共享已经成为近几年的趋势。论文分析了目前“数字海底”发展过程中存在的问题,并且针对其中亟待解决的技术——海底多维综合数据建模技术和可视化技术进行了研究,并将研究结果进行了应用和实践。论文首先对海底调查和研究的工作流程和数据特点进行了详细的分析,设计了海底调查研究概念模式图,直观地描述了海底调查研究工作复杂的数据流程、内容以及特点。然后采用面向对象的建模方法,运用UML建模语言,从基本特征要素模型、海洋调查基础数据模型和海洋地学研究数据模型几个方面对海底多维综合数据进行了分析和建模,简洁、直观地对复杂的海底调查研究活动以及数据对象的结构和相互关系进行了表达,为海底多维综合数据的集成管理和表达提供了标准的模板和指导。基于海底多维数据模型对渤海工程地质数据库以及应用系统进行了设计和建设,以渤海海域工程地质钻孔、地质、地球物理勘查信息为主,在整个渤海范围内按空间坐标将海底地形、地貌、底质属性、海底以下浅部地层结构以及海上工程建设资料等所有数据组织起来,提供动态查询、空间分析、专业分析以及网络发布等功能,实现海洋工程地质数据快速高效的存储、共享、应用和显示。针对海底综合信息三维可视化表达的不足,论文详细分析了地学三维空间构模方法的发展现状,基于海底多维空间信息的应用需求和特点,提出了“剖面-钻孔”海底空间数据构模方法,并对该方法的建模流程、数据模型、剖切算法以及三棱柱体元剖分算法进行了详细的阐述。同时,为了更好地对海底综合信息进行分析,详细表现其内部构造特征,论文对海底可视化交互技术进行了研究,讨论了空间坐标变换、三维跟踪球算法以及二维屏幕坐标向三维空间坐标的映射等

论文目录

• 摘 要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 “数字地球”概念的提出与发展
• 1.2 “数字海底”的发展现状
• 1.2.1 “数字海底”的概念
• 1.2.2 “数字海底”数据库的建设
• 1.2.3 空间信息技术在海洋地学分析中的应用
• 1.3 选题依据
• 1.4 地学三维可视化技术的研究现状
• 1.5 主要研究内容
• 1.6 技术路线
• 1.7 组织结构
• 1.8 小结
• 2 海底调查研究工作方法及特点
• 2.1 海底调查与研究现状
• 2.1.1 全球海底调查研究现状
• 2.1.2 我国海底调查研究
• 2.2 海底调查研究方法
• 2.3 海底调查研究概念模式
• 2.4 海底数据内容及特点
• 2.4.1 海底调查研究数据内容
• 2.4.2 海底调查研究数据的特点
• 2.5 小结
• 3 海底多维综合数据的建模方法
• 3.1 面向对象方法简介
• 3.1.1 系统建模的目的
• 3.1.2 传统的建模方法
• 3.1.3 面向对象的建模方法
• 3.1.4 面向对象的特征
• 3.2 UML建模语言
• 3.3 海底数据建模步骤
• 3.4 海底多维综合数据模型
• 3.5 小结
• 4 渤海工程地质数据库系统的设计与开发
• 4.1 背景
• 4.1.1 海洋工程地质调查和评价工作的发展
• 4.1.2 海洋工程地质数据库系统在“数字油田”建设中的缺乏
• 4.2 渤海油田工程地质工作需求分析
• 4.2.1 系统建设的意义
• 4.2.2 数据内容
• 4.2.3 系统的功能需求
• 4.2.4 系统的性能要求
• 4.2.5 用户分类及权限
• 4.3 渤海工程地质数据库的设计和建设
• 4.3.1 总体设计
• 4.3.2 详细设计
• 4.3.3 空间数据的组织结构
• 4.4 系统设计和开发
• 4.4.1 系统体系结构
• 4.4.2 系统的功能设计
• 4.5 小结
• 5 海底信息的三维可视化技术
• 5.1 海底多维信息的可视化现状
• 5.2 地学三维空间构模技术
• 5.2.1 基于面模型的构模
• 5.2.2 基于体模型的构模
• 5.2.3 基于混合模型的构模
• 5.3 基于体元的海底多维信息的可视化表达
• 5.3.1 “剖面-钻孔”空间构模方法
• 5.3.2 空间数据模型
• 5.3.3 剖切算法
• 5.3.4 三棱柱体元的剖分
• 5.4 可视化交互分析技术
• 5.4.1 空间坐标变换
• 5.4.2 鼠标仿真三维跟踪球
• 5.4.3 二维屏幕到三维空间的映射
• 5.5 小结
• 6 海底三维可视化原型系统的实现
• 6.1 OpenGL简述
• 6.1.1 简介
• 6.1.2 功能
• 6.1.3 OpenGL基本工作流程
• 6.1.4 OpenGL函数库和运行机制
• 6.1.5 OpenGL三维变换
• 6.1.6 VC++环境下使用OpenGL进行应用程序开发
• 6.2 海底三维可视化原型系统设计与开发
• 6.2.1 设计原则
• 6.2.2 组件库结构
• 6.2.3 功能
• 6.3 小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献