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小流域景观虚拟现实技术研究与应用

作　者: 李世华
导　师: 李壁成
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 水土保持虚拟现实景观小流域
分类号: P901
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

虚拟现实技术是一门人与信息科学相结合的高新技术，它由计算机生成的人机交互的三维空间环境构成，利用虚拟现实技术，可以使参与者足不出户就感受到身外的世界。本项研究以“数字地球”为指导思想，结合地形可视化和虚拟现实等高新技术研究和开发了黄土高原小流域虚拟现实景观系统，主要研究成果如下： (1)采用4D技术完成了黄土高原固原试区、安塞试区、长武试区三个不同地貌与生态类型区外业GPS像控测量与内业全数字测图(作业区约50平方公里)，采集了各试区的5×5m、10×10m数字高程模型(DEM)格网数据(约300万个点)；制作了1:5000、1:10000数字正射影像图(DOM)和透视图等，为小流域虚拟现实景观的开发提供了高精度数据基础。 (2)提出和试验研究了小流域虚拟现实景观系统的概念和技术，包括三维地形模型的构建、纹理映射和实时动态立体显示技术。成功地实现了虚拟现实景观的一系列分析和研究，包括虚拟现实景观任意大小区域三维图象的生成、三维地形景观Walk/Fly Through动画制作、模型切换、距离查询、DTM分析等多种应用：讨论了不同地形条件下虚拟现实技术实现方案。 (3)探索开发出实用化的小流域虚拟现实景观建立方案，即以小流域航摄影像和地形图为基础，利用GPS精确测量地面控制点，在全数字摄影测量工作站上制作小流域高精度DEM数据和DOM，在Visual C++语言环境下调用三维图形标准OpenGL编写程序(三维景观重建系统)生成虚拟现实景观图，即以DEM为基础构造三维地形模型，然后用正射影像进行纹理映射获得十分逼真的小流域虚拟现实景观图。 (4)试验研究表明，小流域虚拟观实景观真实感强、地表信息丰富、精度高、动态性强、可视化程度高，通过该虚拟现实景观可以清楚地获得植被、梯田、沟谷、道路等地貌和土地利用现状信息。通过三维地形景观飞行模拟和步行穿越模拟、三维地形表面分析、三维坡度分级图的制作等，可以为小流域土地利用现状、植被分布、水土保持动态监测、水土保持规划与治理决策、构建信息系统和土壤侵蚀预测等提供动态数字化可视产品和技术支撑体系。

全文目录

摘要（中英文）  7-10
第一章综述  10-24
  §1 研究背景  10-11
  §2 研究目的和意义  11-12
  §3 3D-GIS和地形可视化研究  12-16
    §3．1 3D-GIS的研究  12-14
    §3．2 地形可视化研究  14-16
  §4 虚拟现实的概念与原理  16-22
    §4．1 虚拟现实的概念  16-17
    §4．2 国内外研究现状  17-18
    §4．3 虚拟现实关键技术研究  18-21
      §4．3．1 基于图形三维虚拟环境建模（GBMR）研究  19
      §4．3．2 基于图象三维虚拟环境建模（IBMR）研究  19-20
      §4．3．3 混合建模研究  20
      §4．3．4 支持三维虚拟环境建模的程序设计语言  20-21
    §4．4 虚拟现实开发系统  21-22
  §5 研究内容与技术路线  22-24
    §5．1 研究内容  22-23
      §5．1．1 小流域景观虚拟现实技术及其实现方法  22
      §5．1．2 小流域景观虚拟现实技术应用及前景展望  22-23
      §5．1．3 小流域景观虚拟现实技术应用及前景展望  23
    §5．2 技术路线  23-24
第二章小流域景观虚拟现实技术理论和方法研究  24-35
  §1 小流域景观虚拟现实开发系统描绘原理  24-25
  §2 小流域景观虚拟现实开发系统真实三维地形的生成  25-33
    §2．1 三维地形模型构造  25-31
      §2．1．1 构造方法  27-29
      §2．1．2 OpenGL标准下三维地形模型构造方法  29-31
    §2．2 纹理映射  31-33
      §2．2．1 纹理映射方法  31-32
      §2．2．2 OpenGL标准下纹理映射方法  32-33
  §3 实时动态立体显示技术  33-35
第三章小流域虚拟现实景观制作  35-48
  §1 基础数据获取  35-44
    §1．1 试验基础资料  35-36
    §1．2 GPS测量  36-42
      §1．2．1 GPS网布设  36
      §1．2．2 外业观测  36-38
      §1．2．3 GPS网基线解算及野外数据检核  38
      §1．2．4 GPS网平差及高程拟合结果与精度分析  38-42
    §1．3 DTM和DOM的开发制作  42-44
      §1．3．1 试验设备简介  42
      §1．3．2 DTM生成  42-43
      §1．3．3 DOM生成  43-44
  §2 虚拟现实景观制作  44-47
    §2．1 软件介绍  44-45
    §2．2 基础数据的准备与预处理  45-46
    §2．3 制作步骤  46-47
  §3 虚拟现实景观的特点  47-48
第四章小流域虚拟现实景观分析和应用  48-56
  §1 小流域虚拟现实景观分析  48-52
    §1．1 三维地形景观Walk/Fly Through动画制作  48-49
    §1．2 模型切换分析  49-50
    §1．3 DEM信息显示  50-51
    §1．4 影像和DTM信息显示  51
    §1．5 光源设置  51
    §1．6 显示分析  51
    §1．7 文件转换  51-52
  §2 不同地形条件下虚拟现实技术实现探讨  52
  §3 虚拟现实景观在水土保持中的应用研究  52-56
    §3．1 提供流域现状信息  52
    §3．2 三维地形表面分析  52-53
      §3．2．1 三维影象的实时生成  53
      §3．2．2 三维坐标和距离查询  53
    §3．3 三维坡度分级图的建立  53-55
    §3．4 研究展望  55-56
      §3．4．1 土壤侵蚀动态演变及水土流失预报模拟  55
      §3．4．2 建立三维动态信息管理系统  55
      §3．4．3 生态环境演变模拟  55-56
第五章结语  56-58
参考文献  58-63
附件 DTM的边界改变与压缩  63-68
附图  68-73

小流域景观虚拟现实技术研究与应用

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