三维空间数据管理与可视化方法研究

作     者：江志斌 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李朋德

授予年度：2008年

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0708[理学-地球物理学] 0816[工学-测绘科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：地形三维可视化 数字高程模型 多分辨率地形模型 四叉树结构 细节层次模型 金字塔数据模型 

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。