基于数字地形模型的3D地形数据显示系统的设计与实现

论文摘要

随着计算机科学中计算机图形学和计算机辅助几何设计学科的发展,土木工程等各种学科开始使用计算机来模拟大型的工程,对工程进行估计和推演,完成复杂的设计。其中广泛使用的就有三维数字地形模型的模拟。通过数字地形,可以帮助工程师在实地施工之前,在计算机中精确的虚拟出现场,防止工程在开工后再被反复修改。基于数字地形模型的3D地形数据显示系统的设计与实现就是在基于Autodesk Civil 3D的基础软件平台上来实现数字地形建模功能。本文主要完成了基于数字地形模型的3D地形数据显示系统的设计与实现,内容包括三维数字地形的数据系统和显示系统的设计和实现。以Autodesk Civil 3D为基础软件平台,具体将采用内存映射文件技术、内存池技术、三角剖分技术、数据渲染技术等来实现三维数字地形模型。根据对数字地形的系统设计,将系统分为三个层次:数据存储层、数据逻辑层和数据表示层。数据存储层是对地形数据的文件持久化存储,数据逻辑层是根据提供的数据进行一定的运算在计算机中生成数字地形的计算机模型。数据表示层是将得到的计算机模型显示的计算机中,是系统与用户交互的部分。地形系统在应用中的主要流程是这样的,首先根据从地形图上获取,或从航空、航天像片建立的立体模型上读出的原始数据,亦可从实地量测。把这些数据经过一定的处理,转换成通用的点文件格式可以被Autodesk Civil 3D读取。Autodesk Civil 3D读取量测得到的点文件,经过特定逻辑的运算,如滤波、内插和坐标变换等项处理后。再根据这些点的三维坐标信息生成不规则三角网TIN(Triangulated Irregular Network)模型。这些三角网格经过计算机图形学中一些算法的运算,如消隐、实体填充的运算,最后把渲染后得到的数字地形图像显示在Autodesk Civil 3D的窗口上,提供给用户进行编辑和修改。对应用程序的测试结果表明,整个模块达到了预期的所有功能,在实际应用中效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、背景和意义
• 1.2 与课题相关的国内外研究综述
• 1.2.1 地形系统理论上的发展现状
• 1.2.2 地形系统应用上的发展现状
• 1.3 论文的主要研究内容和章节安排
• 第2章 与本课题相关的技术
• 2.1 内存映射文件技术
• 2.1.1 内存映射简介
• 2.1.2 内存映射文件的使用
• 2.1.3 内存映射文件的性能
• 2.1.4 内存映射文件技术的局限
• 2.2 内存池技术
• 2.2.1 传统的内存管理方法
• 2.2.2 内存池的定义
• 2.2.3 内存池技术的工作原理
• 2.2.4 内存池技术的性能
• 2.3 三角剖分技术
• 2.3.1 三角剖分概述
• 2.3.2 三角剖分技术
• 2.3.3 三角剖分性能
• 2.4 数据渲染技术
• 2.4.1 数据渲染技术概述
• 2.4.2 数据渲染过程
• 2.5 本章小结
• 第3章 地形数据处理与显示子系统的设计
• 3.1 系统需求分析
• 3.1.1 功能需求分析
• 3.1.2 性能需求分析
• 3.2 系统的总体架构设计
• 3.2.1 地形数据处理与显示子系统的功能结构设计
• 3.2.2 地形数据处理与显示子系统的系统结构设计
• 3.3 系统的模块设计
• 3.3.1 统一的接口设计
• 3.3.2 数据存储层的设计
• 3.3.3 数据逻辑层的设计
• 3.3.4 数据表示层的设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 地形数据处理与显示子系统的实现和测试
• 4.1 数据存储层的实现
• 4.2 数据逻辑层的实现
• 4.2.1 基于内存池技术实现数据的组织与管理
• 4.2.2 三角剖分算法的实现
• 4.2.3 智能对象模型
• 4.3 数据表示层的实现
• 4.3.1 数据流水线
• 4.3.2 基于深度缓存算法实现可见性判别
• 4.3.3 渲染的样式实现
• 4.4 地形数据处理与显示系统的测试
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历