三维电子海图系统地形显示关键技术研究

论文摘要

三维电子海图是集多学科技术为一体的复杂系统,它综合应用了海洋测绘、数据库管理、计算机图形学、三维可视化、虚拟现实等相关技术。三维电子海图不仅继承了二维电子海图系统所有的功能,而且将各项功能从三维的角度进行阐述和实现,给使用者以直观的感受,显示内容也更加丰富。本文主要围绕三维海底地形的实时多分辨率显示来展开对三维电子海图系统的研究。论文首先对国内外电子海图三维可视化技术的现状和发展情况进行分析,研究数字地形分析等相关领域的知识和技术及其在三维可视化中的应用,并对OpenGL可视化技术和UML建模技术进行研究。在深入研究三维空间数据的获取技术、三维空间数据模型的基础上,提出三维电子海图系统空间数据模型中应考虑的主要因素,同时研究细节层次模型、数字高程模型和四叉树结构,给出四叉树构造地形的基本思想、空间数据的组织形式以及四叉树节点的标记方法。论文重点研究三维海底地形的实时多分辨率显示的关键技术问题:研究视域外节点和背向节点的剔除算法,提出基于四叉树结构的可见性判断方法;研究三维地形显示系统中的节点误差评价机制,给出评价公式;对于四叉树节点间的“裂缝”现象,提出有效的消除方法。论文应用UML和OpcnGL技术和方法,设计出三维电子海图地形显示系统数据结构:并研究基于多重纹理与阴影模式对系统图形质量改善的方法;对系统获取最优节点集的具体过程进行深入研究。最后,采用多线程技术动态创建地形显示窗口,同时还实现地形漫游、线面模式切换、文字输出等功能,给出描述地形渲染速率的帧率图来帮助分析评价本文关键技术研究成果和三维地形多分辨率显示系统实现方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 三维电子海图技术的发展
• 1.2.1 电子海图系统概述
• 1.2.2 三维电子海图技术的研究现状
• 1.2.2.1 国外三维电子海图技术研究现状
• 1.2.2.2 国内三维电子海图技术研究现状
• 1.3 三维电子海图的相关技术领域
• 1.3.1 数字地形分析
• 1.3.2 计算机图形学
• 1.3.3 虚拟现实技术
• 1.3.4 数据可视化技术
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 三维电子海图开发技术概述
• 2.1 OpenGL可视化技术
• 2.1.1 OpenGL简介
• 2.1.2 OpenGL的体系结构
• 2.1.3 OpenGL图形处理流程与图形绘制方式
• 2.1.4 OpenGL的坐标变换技术
• 2.2 UML建模技术
• 2.2.1 UML概述
• 2.2.2 UML视图
• 2.2.2.1 静态视图
• 2.2.2.2 用例视图
• 2.2.2.3 状态机视图
• 2.2.2.4 活动视图
• 2.2.2.5 交互视图
• 2.3 本章小结
• 第3章 三维地形显示方法分析与选择
• 3.1 三维空间数据获取技术
• 3.2 三维空间数据模型研究
• 3.2.1 三维空间数据模型
• 3.2.2 三维空间数据模型要素分析
• 3.3 细节层次模型分析
• 3.3.1 LoD模型概述
• 3.3.2 地形LoD技术研究
• 3.4 数字高程模型
• 3.5 四叉树结构在三维地形显示技术中的应用研究
• 3.5.1 四叉树构造地形的基本思想
• 3.5.2 四叉树结构与八叉树结构比较
• 3.5.3 四叉树节点的标记方法研究
• 3.6 本章小结
• 第4章 三维电子海图地形显示关键技术研究
• 4.1 四叉树节点可见性判断方法研究
• 4.1.1 视域外节点的剔除方法
• 4.1.2 背向节点剔除方法
• 4.1.3 遮挡剔除
• 4.2 节点误差评价系统研究
• 4.2.1 视点误差
• 4.2.2 地形粗糙度误差
• 4.2.3 节点评价公式
• 4.3 四叉树三角剖分及"裂缝"消除方法研究
• 4.4 实时动态渲染方法研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 三维电子海图地形显示系统实现
• 5.1 系统功能分析
• 5.2 多线程技术应用
• 5.2.1 多线程概述
• 5.2.2 多线程开发方法
• 5.3 OpenGL应用技术研究
• 5.3.1 OpenGL应用环境配置
• 5.3.1.1 环境设置
• 5.3.1.2 窗口初始化
• 5.3.2 应用OpenGL提高图形质量方法实现
• 5.3.2.1 多重纹理效果实现方法
• 5.3.2.2 阴影模式实现方法
• 5.4 获取最优节点集
• 5.5 地形渲染的实现
• 5.6 结果分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢