高速公路路基与地形融合算法研究

论文摘要

为了更加准确地对高速公路进行三维可视化及方便施工进度的管理,本文利用数字高程模型DEM建立的地形三维模型,通过研究路基与地形的几何关系,建立了地形和路基的文件结构和表示方法,并实现了基于多边形裁剪算法的数据融合方法,最后将本文提出的算法与其它算法进行运行效率分析对比。本文具体开展了以下研究及得到相关结论:1.Bowyer-Waston三角剖分方法可以较好地建立地形的DEM数字高程模型及三维地形模型,并使用OpenGL技术了实现高速公路三维可视化的地图模块、地形模块、公路模块的绘制等相关工作;2.使用分段方法建立地形模型并构建地形文件的文件头、地形索引、客户端、地形段列表等数据格式;并针对路基的填方、挖方和半填半挖外形状态,构建路基的数据结构和表示方法;3.裁剪算法中Sutherland-Hodgman算法简单、编程容易可以作为最佳的裁剪算法,并针对高速公路路基和地形位置关系,总结了四大类裁剪情况,并提出了对应的拆分和融合方法;4.使用带约束Delaunay三角剖分和多边形裁剪算法实现路基与地形的融合,其中前者效果较好,而多边形裁剪算法的运行速度快,在不同的高速公路场景联合使用两种算法可以更快、更准确的实现路基与地形的无缝融合;且分段融合可以有效提高融合效率、减少运行时间。通过本文的研究实现了高速公路路基和地形的建模、数据表示、绘制以及数据融合方法,通过对各种融合算法的性能测试和分析,形成了最优的路基和地形融合和显示方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文组织
• 第2章 高速公路三维可视化及相关技术
• 2.1 OPENGL三维图形绘制
• 2.2 三维地形建模
• 2.2.1 RSG规则格网
• 2.2.2 TIN不规则格网
• 2.3 三角剖分
• 2.3.1 Lawson算法
• 2.3.2 Bowyer-Watson算法
• 2.4 融合算法
• 小结
• 第3章 高速公路地形和路基的数据表示
• 3.1 地形的数据表示
• 3.1.1 地形的分段和表示方法
• 3.1.2 地形文件结构
• 3.2 路基的数据表示
• 3.2.1 路基结构
• 3.2.2 路基表示方法
• 3.3 地形与路基的绘制
• 3.3.1 地图模块
• 3.3.2 地形模块
• 3.3.3 公路路基模块
• 小结
• 第4章 路基和地形的融合算法
• 4.1 带约束的DELAUNAY三角网融合算法
• 4.1.1 算法介绍
• 4.1.2 算法的总体描述
• 4.2 多边形裁剪算法
• 4.2.1 裁剪算法定义及分类
• 4.2.2 矩形窗口多边形裁剪算法
• 4.3 路基与地形裁剪分析
• 4.3.1 三角形位于裁剪窗口的外侧或是内侧
• 4.3.2 三角形与裁剪窗口有两个內交点或同侧有两个外交点
• 4.3.3 三角形与裁剪窗口不同区域有两个交点
• 4.3.4 三角形位于窗口两侧且一个顶点相交
• 4.4 路基与地形裁剪算法实现
• 小结
• 第5章 实验与结果分析
• 5.1 融合算法测试对比
• 5.1.1 融合算法比较
• 5.1.2 地形更新算法的性能测试
• 5.2 场景融合正确性测试
• 5.3 分段性能测试
• 5.4 路基施工过程的绘制
• 小结
• 第6章 结论
• 6.1 工作总结
• 6.2 下一步工作计划：
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢