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基于离散数据的三维地形建模技术研究

作　者: 姚华
导　师: 王玉琨
学　校: 河南理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 地形可视化地形数字模型不规则三角网模型简化多分辨率模型
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

地形三维可视化技术一直以来是地理信息系统(GIS)、虚拟现实(VR)、计算机图形学等领域研究的热点。本文针对当前地形三维建模及可视化技术的研究现状,围绕着地形数字模型的建立、地形模型简化以及地形多分辨率模型构建等关键技术内容展开讨论与研究,目标是由离散数据构建地形数字化模型并且实现三维地形的可视化模拟。主要完成了如下研究工作:(1)在离散数据构建地形数字模型方面,研究了地形数字高程数据的获取方法与DEM的地形表面建模方法。(2)在分析了常用三角剖分算法的基础上,针对大规模离散数据生成三角网速度较慢的问题,提出了一个改进的三角网生成算法,先将离散点集进行自适应分块,然后对每一块进行三角剖分,最后对所有的子三角网的进行归并,以生成覆盖全区域的三角网模型。(3)针对用计算机处理复杂的地形模型时,在显示、渲染、存储等方面存在着很多困难,为了解决这些问题,提出了一个改进的基于渐进网格的模型简化算法。算法是根据实际的地形的特征,给出了边优先级和点重要度的计算方法,通过确定地形三角网中每条边的优先级,删除的一些重要度小的点,以实现地形模型的简化。(4)根据视点的位置,构造了基于TIN的地形多分辨率模型。最后,本文根据上述研究的基础上,结合视区裁剪算法与任意方向的漫游方法,实现了基于离散数据的三维地形模型建立与地形实时模拟显示。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-17
  1.1 论文的研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-14
    1.2.1 三维地形生成与显示技术的研究现状  12-13
    1.2.2 三角网构建算法的研究现状  13
    1.2.3 地形网格模型简化技术的研究现状  13-14
  1.3 论文的主要工作  14-15
  1.4 论文章节安排  15-17
2 三维数字地形模型与地形表面建模  17-31
  2.1 数字地形模型  17-21
    2.1.1 三维空间数据及其信息  17
    2.1.2 数字地形模型与数字高程模型  17-18
    2.1.3 数字地形模型的表示  18-20
    2.1.4 三维数字地形的生成过程  20-21
  2.2 数字高程数据的获取  21-22
    2.2.1 从现有地形图获取DEM 数据  21
    2.2.2 利用摄影测量与遥感影像获取DEM 数据  21-22
    2.2.3 野外实地直接测量获取DEM 数据  22
  2.3 基于 DEM 的地形表面建模  22-30
    2.3.1 DEM 表面建模的概念  22-23
    2.3.2 基于离散数据的格网模型的建立原理  23-24
    2.3.3 基于点的规则格网DEM 构建方法  24-28
    2.3.4 基于TIN 的规则格网DEM 的构建方法  28-30
  2.4 本章小结  30-31
3 基于离散数据的不规则三角网生成算法  31-49
  3.1 不规则三角网的相关概念  31-34
    3.1.1 Voronoi 图与Delaunay 三角网  31-32
    3.1.2 Delaunay 三角剖分的优化准则  32-34
  3.2 常用 Delaunay 三角剖分算法分析  34-36
    3.2.1 逐点插入法  34-35
    3.2.2 三角网生长法  35
    3.2.3 分割归并算法  35-36
  3.3 基于离散数据自适应分块的三角网生成算法  36-48
    3.3.1 数据结构  36-39
    3.3.2 离散数据自适应分块划分  39-41
    3.3.3 子集数据的三角剖分算法  41-42
    3.3.4 子集三角网的归并算法  42-45
    3.3.5 算法分析  45-48
  3.4 本章小结  48-49
4 基于渐进网格模型简化的改进算法  49-63
  4.1 基于 TIN 模型简化的常用算法分析  49-52
    4.1.1 基于TIN 模型常用简化算法  49-50
    4.1.2 渐进网格的模型（PM）简化算法  50-52
  4.2 地形 TIN 模型简化算法的改进  52-61
    4.2.1 地形TIN 模型简化的分析  52-53
    4.2.2 确定边的优先级链表  53-55
    4.2.3 新顶点位置的确定方法  55-58
    4.2.4 点的重要度的判定  58-60
    4.2.5 地形网格模型简化的改进算法  60
    4.2.6 实验结果分析  60-61
  4.3 本章小结  61-63
5 三维地形多分辨率模型建立与模拟方法的研究  63-85
  5.1 地形多分辨率模型  63-67
    5.1.1 基于规则格网的多分辨率模型  63-66
    5.1.2 基于TIN 的多分辨率模型  66-67
  5.2 基于 TIN 多分辨率模型的构造算法  67-75
    5.2.1 基于渐进网格的多分辨率模型  67-69
    5.2.2 基于视点的细节区域的建立  69-70
    5.2.3 TIN 模型的分块与拼接处理  70-72
    5.2.4 数据结构  72-74
    5.2.5 基于视点的多分辨率地形模型构造算法  74-75
  5.3 基于离散数据的三维地形模拟实现方法  75-83
    5.3.1 视区裁剪方法  76-78
    5.3.2 任意方向漫游算法  78-80
    5.3.3 三维地形模拟与实现算法  80-81
    5.3.4 三维地形实现结果  81-83
  5.4 本章小结  83-85
6 总结与展望  85-87
  6.1 本文的工作总结  85
  6.2 展望  85-87
参考文献  87-91
作者简历  91-93
学位论文数据集  93

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