三维空间数据管理与可视化方法研究

论文摘要

本文主要对大规模地形数据的存储、管理与可视化进行研究。通过金字塔数据模型组织大规模多分辨率地形数据,采用数据引擎实现大规模地形数据的存储和调度,并以此为理论基础,采用Visual C++ 6.0编程环境和OpenGL技术设计并实现了兰州数字两山可视化系统,实现了海量地形数据的三维可视化,以及三维空间信息的查询、空间分析、三维场景的飞行模拟、三维模型的显示、不同视点的场景浏览以及数据动态演示等功能。论文研究重点包括以下几个方面:（1）介绍了数字高程模型的概念,对规则格网和不规则三角网模型的建模思路和建立过程作了详细的论述,同时对不规则三角网的逐点插入法和LOP函数算法进行优化,从而使模型能更精确的表达各种复杂的表面。（2）通过构建金字塔数据模型解决大规模DEM数据的多分辨率问题,并结合LOD技术设计并实现了一个大规模地形数据的金字塔模型。对地形数据按照一定的方案进行分层、分块。采用将规则格网转换成TIN模型作为金字塔模型中的地形模型的方法,并将Mipmap纹理技术引入金字塔模型,离线生成多分辨率的纹理数据,为地形的多分辨率显示直接提供数据,而无需实时化简,提高实时可视化的效率。（3）引入“数据引擎”概念实现空间数据的索引和调度。本文中数据引擎概念涵盖文件系统,且研究目标更明确更具体,主要是为了解决金字塔模型中各层各块的索引调度问题。（4）以Microsoft VC++6.0作为开发工具,OpenGL作为三维图形开发接口,采用面向对象思想和组件开发技术,开发了兰州数字两山三维可视化系统,使大范围地形的无缝和实时显示得以实现。该系统具有良好的结构框架,便于今后系统维护扩展和复用。文中采用金字塔空间数据模型及数据引擎技术有效的实现了对海量地形数据管理及可视化,并在兰州数字两山可视化系统中验证了该方法的适用性和实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 论文研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.4 研究内容
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 三维地形模型的构建
• 2.1 三维地形的表达
• 2.2 DEM 数据的获取
• 2.3 格网DEM 的建立
• 2.3.1 规则格网DEM 建立的基本思路
• 2.3.2 规则格网DEM 建立过程
• 2.4 不规则三角网TIN 模型的建立
• 2.4.1 TIN 模型的基本算法
• 2.4.2 逐点插入法的优化算法
• 2.4.3 LOP 函数算法的优化
• 2.5 DEM 数据的压缩
• 第三章 海量三维空间数据的组织
• 3.1 三维空间数据模型概述
• 3.1.1 空间数据模型的概念
• 3.1.2 三维空间数据模型的选择
• 3.2 多分辨率层次模型
• 3.2.1 金字塔模型的基本概念
• 3.2.2 LOD 技术
• 3.2.3 基于多分辨LOD 的金字塔模型
• 3.3 地形数据分层分块方案
• 3.3.1 地形数据分层
• 3.3.2 地形数据分块
• 3.4 金字塔模型中的RSG 地形模型
• 3.5 金字塔模型中纹理模型及其结构组织
• 3.5.1 纹理块的合并
• 3.5.2 MIPMAP 纹理技术
• 第四章 三维空间数据的存储
• 4.1 数据引擎的概念诠释
• 4.1.1 数据引擎的基本含义
• 4.1.2 基于金字塔模型的数据引擎
• 4.2 空间数据的存储
• 4.2.1 数据存储的两种基本方式
• 4.2.2 文件型存储方式
• 4.2.3 数据库型存储方式
• 4.3 三维模型的存储
• 4.4 空间数据的索引
• 4.4.1 四叉树
• 4.4.2 基于四叉树技术的地形块快速索引
• 4.5 基于COM 技术实现对分布式异构数据库的访问
• 4.5.1 用COM 技术构建地形数据库中间件
• 4.5.2 通过数据库接口访问异构数据库
• 4.5.3 访问地形数据库的基本过程
• 第五章 兰州数字两山可视化系统的设计与实现
• 5.1 系统应用背景
• 5.1.1 项目背景
• 5.1.2 系统目标
• 5.1.3 系统软硬件环境
• 5.2 系统的设计
• 5.2.1 系统框架体系
• 5.2.2 系统模块组成
• 5.2.3 系统功能设计
• 5.3 系统的实现
• 5.3.1 视相关多分辨率地形调度算法
• 5.3.2 TIN 地形模型的接边算法
• 5.3.3 DLG 数据与地形模型的叠加
• 5.3.4 三维模型与地形模型的叠加
• 5.3.5 系统实现效果
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢