三维电子沙盘系统的研究与实现

论文摘要

随着GIS研究的不断深入,电子地图、地图数据库技术、地理信息技术的发展,地理信息的表达方式已经逐渐由二维扩展到三维。电子沙盘,也称三维地理信息系统,是遥感、地理信息系统、三维仿真等高新技术的结合。电子沙盘的出现弥补了传统沙盘的各种缺陷,通过真实的三维地理数据,在电脑上实现动态查找,实时飞行,决策分析等各种功能。目前,电子沙盘的应用已经扩展到我们生活中的各个领域。本文在吸取三维计算机图形学、虚拟现实的先进理论、虚拟地形生成技术、地形简化技术、纹理合成技术的基础上,主要做了以下工作：1、研究了地形数据模型,比较不同数据模型的采集方式、特点、精度、成本等。最后以等高线为基础,通过提取高程值并进行高程插值的方法,生成了可用的数字高程模型。2、研究了基于OpenGL的三维图形的开发原理、三维纹理映射技术、阴影渲染技术。利用OpenGL提供的纹理映射技术,将纹理图片与高程数据进行叠加,生成了具有真实感的三维地形场景。3、分析实时漫游中的人机交互问题,利用OpenGL的双缓存和显示列表技术,解决了地形的实时显示问题。实现了两种形式的漫游,一种是利用通过鼠标和键盘控制的手动漫游方式；一种是利用定时器和路径插值方法来实现的自动漫游方式,两种方式相结合解决了漫游过程中的人机交互问题。4、利用Visual C++结合OpenGL开发工具包,在Windows平台下实现了三维电子沙盘系统,完成了场景中地形、天空及纹理的渲染,并加入了放大、缩小、平移以及空间分析等GIS功能,提供由用户控制的飞行模式,达到了实时交互的漫游要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 三维地形可视化技术研究现状
• 1.2.2 电子沙盘的国内外研究现状
• 1.3 本文的研究目标和内容
• 1.4 论文的结构安排
• 第二章 数字高程模型的建立
• 2.1 地形数据概述
• 2.1.1 数字地形模型
• 2.1.2 数字高程模型
• 2.1.3 数字高程模型分类
• 2.2 地形数据的采集
• 2.3 数字高程模型的建立
• 2.3.1 建立DEM的常用方法
• 2.3.2 基于等高线的数字高程模型的建立
• 2.4 本章小结
• 第三章 三维场景的建立
• 3.1 OpenGL概述
• 3.1.1 OpenGL的基本功能
• 3.1.2 OpenGL的特点
• 3.1.3 OpenGL的工作流程
• 3.1.4 OpenGL的绘图流程
• 3.2 开发框架的搭建
• 3.3 地形可视化过程
• 3.3.1 地形的三维建模
• 3.3.2 纹理映射
• 3.4 本章小结
• 第四章 三维漫游的实现
• 4.1 三维地形的实时显示
• 4.1.1 双缓存实现动态显示
• 4.1.2 利用显示列表提高运行效率
• 4.2 手动控制漫游实现
• 4.3 自动漫游实现
• 4.3.1 沿视点路径移动显示
• 4.3.2 设置飞行路径
• 4.3.3 全自动飞行的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 三维电子沙盘系统的实现
• 5.1 系统需求
• 5.2 系统设计
• 5.2.1 系统体系结构
• 5.2.2 系统模块设计
• 5.3 功能模块的实现
• 5.3.1 数据输入模块
• 5.3.2 三维场景的显示模块
• 5.3.3 空间分析模块
• 5.3.4 漫游交互控制模块
• 5.3.5 数据输出模块
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果