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基于OpenGL的地形三维可视化实现研究

作　者: 韩永
导　师: 贵仁义
学　校: 昆明理工大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: D-T剖分 地形简化 LOD模型 QuadTree算法 OpenGL渲染
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


地形具有起伏多变、数据量大的特点。随着地理研究的不断深入,人们已经不满足于地表信息的二维表达,开始尝试通过各种三维显示技术将表达地理信息的方式由二维扩展到三维。计算机图形学、测绘学、数学等学科的快速发展为解决三维地形可视化遇到的各种问题提供了科学的依据。对地形进行三维仿真模拟有利于提高各项与自然景观有关工作的效率,因此对地形三维可视化的研究意义重大。本文首先介绍了虚拟现实技术和地形三维可视化的概念,简要介绍了实现地形三维可视化的关键技术。随后开始研究构建地形几何模型的关键技术。对如何运用逐点插入算法进行Delaunay三角剖分进行了重点研究。实验结果表明：逐点插入算法可以快速构建高质量的Delaunay三角网,解决了建立地形几何模型的构TIN问题。接着研究了建立多分辨率地形LOD (Level of Details)模型的方法,重点研究了如何结合QuadTree算法的地形分块管理技术和VDPM算法的TIN简化思想来实现TIN结构多分辨率LOD模型的建立。该方法首先通过四叉树分割将整个地形分为若干子块,然后各个子块分别构TIN简化,生成各个细节层次并分别存储,以便渲染时通过四叉树空间索引调用。该方法需要解决三个关键问题：TIN的简化、四叉树的构造、裂缝的修补。实验结果表明：运用该方法建立的抚仙湖流域三维几何模型能很好地表达抚仙湖流域的地形特征。最后研究了运用OpenGL渲染引擎实现地形三维可视化的技术路线。实验结果表明：运用本次研究制定的OpenGL渲染流水线能够对抚仙湖流域三维场景模型进行较高效率的绘制,实现了三维场景漫游,逼真地模拟了抚仙湖流域的地形地貌。本次研究建立的地形三维可视化场景模型为建立抚仙湖流域三维管理信息系统奠定了基础,在此基础之上开发的多种空间分析功能及建立的多个属性图层能够使抚仙湖流域的管理者更直观、全面地了解抚仙湖,并为该流域的管理和规划提供了更科学的依据。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 论文选题背景  9-10
  1.2 虚拟现实技术及其发展现状  10-12
    1.2.1 虚拟现实技术概述  10-11
    1.2.2 虚拟现实技术研究现状  11-12
  1.3 地形三维可视化技术  12-15
    1.3.1 地形三维可视化概述  12-13
    1.3.2 实现地形三维可视化的关键技术  13-15
  1.4 本次研究的目标、目的意义及主要内容  15-16
    1.4.1 研究目标  15
    1.4.2 研究目的及意义  15-16
    1.4.3 研究的主要内容  16
  1.5 实现抚仙湖流域地形三维可视化采用的技术路线  16-19
2 TIN的构建  19-43
  2.1 数字高程模型概述  19-20
    2.1.1 数据结构  19-20
    2.1.2 镶嵌数据模型  20
  2.2 D-TIN的构建  20-32
    2.2.1 基于规则格网DEM数据的三角剖分  20-27
    2.2.2 逐点插入算法  27-32
  2.3 实验  32-41
  2.4 本章小结  41-43
3 基于QuadTree算法的LOD模型的建立  43-55
  3.1 建立LOD模型的算法概述  43-46
    3.1.1 四叉树(QuadTree)算法概述  44
    3.1.2 VDPM算法概述  44-46
  3.2 TIN结构多分辨率LOD模型的建立  46-51
    3.2.1 地形数据分块及简化  46-49
    3.2.2 四叉树的构造  49-51
    3.2.3 裂缝的修补  51
  3.3 实验  51-53
  3.4 本章小结  53-55
4 基于OpenGL的地形三维可视化  55-69
  4.1 三维场景的输出参数设置  56-59
    4.1.1 设定视图参数  56-57
    4.1.2 设置光照  57-58
    4.1.3 设置缓存  58-59
  4.2 三维场景模型的构造  59-61
    4.2.1 法向计算  59-60
    4.2.2 纹理映射  60-61
  4.3 模型变换  61-66
    4.3.1 模型空间到裁剪空间的变换  61-66
    4.3.2 视口变换  66
  4.4 场景漫游  66-67
  4.5 实验  67-68
  4.6 本章小结  68-69
5 论文总结  69-71
  5.1 论文工作总结  69-70
  5.2 后续研究展望  70-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
附录A (攻读学位期间发表的论文)  77
附录B (攻读学位期间参与的课题项目)  77

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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