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计算几何的不规则三角网算法研究及在GIS中应用

作　者: 姜宇涛
导　师: 田东风
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 计算机应用技术
关键词: 不规则三角网 TIN Delaunny三角形三角剖分三角网数字地面模型等值线地理信息系统 GIS UML 地球化学
分类号: TP399
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 557次
引　用: 5次
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内容摘要

不规则三角网数字模型(Triangulated Irregular Network,TIN)是用一组连续而不重复的三角形逼近地形表面，是数字地面模型中的一种主要表示方法。数字地面模型(Digital Terrain Model,DTM)是地表二维地理空间位置和其相关的地表属性信息的数字化表现，是地理信息系统(Geographic Information System,GIS)的重要组成部分，是数字地球的基础。本文在前人研究的基础上，探讨和研究了国内外的不规则三角网生成算法，通过理论和实验选择了Tsung-pao fang和Les.piegl提出的Delaunay三角网生成算法作为数字地面模型的核心算法，并对该算法进行了改进和优化。从地球化学工作中的实际需要出发，建立了适用于地球化学的不规则三角网数字模型，并在模型的基础上进行了地球化学数据的处理分析应用。本文主要在以下几方面作了深入的研究工作： 1 对不规则三角网生成算法进行了系统的对比分析，特别是对Delauny三角网生成算法进行了较深入的分析研究，选择了Tsung-pao fang和Les.piegl提出的Delaunay三角网生成算法为不规则三角网模型的核心算法。 2 在Tsung-pao fang和Les.piegl提出的Delaunay三角网生成算法的基础上，本文对算法作了一些改进和完善，将原算法的右侧追踪模式，完善和细化为顺时针追踪模式。并在算法搜寻单个Delaunay三角形的过程中，增加了顺时针侧判定方式，使搜寻Delaunay三角形过程的计算量减少。 3 将算法发展为，自动追踪三角形的同时建立三角形之间的拓扑关系。并在软件设计中建立了包含拓扑关系三角网数据的存储结构。 4 根据地球化学数据特点和实际生产中的需要，以改进后算法为核心，在算法中增加了构建三角形阈值，通过判定该阈值，自动追踪三角网区域。建立了适用于地球化学数据处理的不规则三角网数字模型，即多工区，多“洞”的自动生成不规则三角网模型。 5 实现了不规则三角网数字模型在地学中的应用。在不规则三角网数字模型的基础上，改进并实现了等值线生成算法，解决了等值线生成中的分叉问题，解决了等值线上的小凸起问题；对等值线采用线性迭代算法进行了圆滑处理；提出延伸三角网算法，用于实现了开等值线的闭合；生成用于地学分析的区域图元，等值线图元，极值点图元等。 6 软件系统采用面向对象设计方法，应用UML建模，在Rational Rose环境下进行软件的分析设计。对不规则三角网生成算法及数字模型的应用算法进行UML建模，并用c++语言进行编程实现。 7 实现了几种数据的输入方式(文本文件，数据库，数组)。提供了两种实现方式，动态库形式(dll)，可执行文件形式(exe)。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
前言  5-7
目录  7-9
第一章三角网数字模型理论和研究现状  9-12
  1.1 地理信息系统及发展现状  9
  1.2 三角网数字地面模型的基本理论  9-10
  1.3 三角网生成算法的研究现状及发展方向  10-12
第二章计算几何中不规则三角网生成算法研究及改进  12-30
  2.1 基本定义  12-13
  2.2 国内外主要的平面点集三角剖分算法  13-15
    2.2.1 平面点集三角网生成的贪心算法  13-14
    2.2.2 限定三角剖分算法  14
    2.2.3 渐次插入三角网算法  14-15
    2.2.4 Tsung-pao fang和Les. piegl的Delaunay三角剖分算法  15
    2.2.5 几种三角剖分算法的简要比较  15
  2.3 Delaunay不规则三角网生成算法研究与改进  15-30
    2.3.1 数据的预处理  16-17
    2.3.2 单个Delaunay三角形追踪算法及改进  17-23
    2.3.3 三角网生成算法及改进  23-29
    2.3.4 特例和退化  29-30
第三章不规则三角网算法在专业GIS中应用研究  30-46
  3.1 适用于地球化学数据的不规则三角网数字模型的建立  30-31
    3.1.1 地球化学的工作特点  30
    3.1.2 地球化学不规则三角网数字模型  30-31
  3.2 等值线生成算法研究  31-35
    3.2.1 三角网生成等值线算法原理  31-33
    3.2.2 两种三角网生成等值线算法描述  33-35
  3.3 等值线光滑算法  35-38
    3.3.1 线性迭代法光滑等值线算法的基本原理  36
    3.3.2 线性迭代等值线光滑算法的流程描述。  36-38
  3.4 地球化学数据区域图元生成  38-43
    3.4.1 数据区域内的开等值线闭合算法  38-40
    3.4.2 数据区域内的等值线闭合区域图元的生成  40-43
  3.5 极值点图元与标注点图元  43-46
    3.5.1 极值点图元生成原理与算法  43-45
    3.5.2 等值点标注图元的生成原理  45-46
第四章软件设计与实现  46-60
  4.1 软件体系架构分析与设计  46-50
    4.1.1 软件的设计思想、原则与方法  46-47
    4.1.2 软件需求分析  47-48
    4.1.3 软件系统架构分析设计  48-50
  4.2 软件系统的详细设计  50-60
    4.2.1 数据输入设计  51
    4.2.2 不规则三角网数据结构的研究与设计  51-52
    4.2.3 三角网模型生成的设计  52-55
    4.2.4 三角网模型应用的设计  55-60
第五章系统测试、应用与用户反馈  60-62
  5.1 软件测试  60
  5.2 测试中一些问题及解决方法  60-61
  5.3 系统应用与用户反馈  61-62
结论  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-66

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