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虚拟城市建设中建模及可视化的研究与实践

作　者: 刘立娜
导　师: 王家耀
学　校: 中国人民解放军信息工程大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 虚拟城市 虚拟地理环境 城市景观建模 城市景观三维可视化 层次细节技术(LOD) 虚拟现实建模语言(VRML)
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 452次
引　用: 10次
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内容摘要


当今社会的发展正在向信息化阶段迈进。城市是地球表面人口、经济、技术和信息密集的地区,城市信息化首当其冲,成为信息化的关键和焦点。城市信息化最终通过“数字城市”的形式得以体现。虚拟城市作为数字城市运行所需的环境以及信息表达、交互的界面,成为城市信息化的重要表现方式。而在虚拟城市的构建中,城市景观模型的建立与三维可视化更是其基础核心技术。论文结合相关的科研课题,对虚拟城市建设的原理、城市三维景观的建模与可视化、信息查询与分析、城市三维模型网络浏览等关键技术进行了深入研究。论文所作的工作主要包括三大部分: 1、深入研究了虚拟城市建设的原理、方法及其关键技术。根据虚拟地理环境的概念,设计了一种虚拟城市的体系结构框架。 2、重点研究与实现了虚拟城市景观建模与三维可视化。提出了一种适用于虚拟城市景观建模与三维可视化的面向对象三维数据模型,全面研究了面向虚拟城市建设的地形、地貌、建筑物等的三维建模技术。在此基础上结合项目研究,提出了一种构建城市景观模型的快速建模方法。深入研究了虚拟场景中实时图形绘制与加速算法,以及增强真实感技术。通过对几何模型层次细节技术和可见性裁减技术的分析,提出了一种实现实时绘制的有效算法。 3、研究和实现了几种三维城市空间信息分析算法,利用VRML技术实现了三维城市模型的网络浏览。 最终,根据虚拟城市建设的原理和本文提出的一些方法建立了一个虚拟城市原型系统,并在“数字苏州工业园区”项目中得到初步应用。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
    1.1.1 虚拟城市  8
    1.1.2 数字地球、数字城市与虚拟城市的关系  8-9
  1.2 研究背景及国内外研究现状  9-12
    1.2.1 数字城市  10-11
    1.2.2 虚拟现实VR与3D GIS技术  11-12
  1.3 本文主要研究内容及论文的结构  12-14
第二章 虚拟城市建设的内容和关键技术  14-21
  2.1 虚拟城市建设的内容与框架  14-16
    2.1.1 虚拟城市建设的主要内容  14-15
    2.1.2 虚拟城市体系结构  15-16
  2.2 构建虚拟城市的关键技术  16-20
    2.2.1 高分辨率对地观测技术  16-17
    2.2.2 GIS技术  17-18
    2.2.3 三维建模技术  18-19
    2.2.4 虚拟现实与可视化技术  19
    2.2.5 数据库技术  19-20
    2.2.6 网络技术  20
  2.3 本章小结  20-21
第三章 虚拟城市的三维建模技术  21-44
  3.1 虚拟城市中的主要建模对象  21-23
  3.2 面向对象的城市三维空间数据结构  23-27
    3.2.1 三维空间数据模型的表示  24-25
    3.2.2 面向对象空间数据模型  25-27
  3.3 几种常用的三维建模技术  27-30
    3.3.1 CAD系统建模  27-28
    3.3.2 计算机立体视觉  28-29
    3.3.3 基于遥感影像的三维建模  29-30
    3.3.4 其他方法  30
  3.4 面向虚拟城市的地形三维建模  30-37
    3.4.1 真实地形建模  31-34
    3.4.2 模拟地形建模  34-37
  3.5 面向虚拟城市的地物三维建模  37-40
    3.5.1 复杂地物的纹理映射三维重建  37-40
    3.5.2 地物的三维几何重建  40
  3.6 虚拟城市中建筑物的三维建模  40-42
    3.6.1 商业化软件建模  41
    3.6.2 三维几何自主建模  41-42
  3.7 本章小结  42-44
第四章 虚拟城市模型的三维可视化  44-66
  4.1 三维图形显示流程  44
  4.2 城市三维场景的构建与显示  44-48
    4.2.1 三维图形的几何变换  45-46
    4.2.2 三维图形的透视投影变换  46-47
    4.2.3 三维场景的构建  47-48
  4.3 虚拟场景中实时图形绘制和加速算法  48-57
    4.3.1 现有技术  49
    4.3.2 可见性剔除(Visibility Culling)算法  49-54
    4.3.3 多分辨率层次细节LOD技术  54-56
    4.3.4 本文采取的策略  56-57
  4.4 虚拟环境中增强真实感技术  57-63
    4.4.1 光照明模型与明暗效应处理  57-58
    4.4.2 纹理映射(Texture Mapping)  58-59
    4.4.3 特殊效果绘制技术  59-60
    4.4.4 碰撞检测技术  60-63
  4.5 实验结果  63-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章 虚拟城市中空间信息的三维查询与分析  66-78
  5.1 OPENGL拾取与反馈机制  66-67
  5.2 虚拟城市三维模型的信息查询  67-71
    5.2.1 空间信息的查询  67-69
    5.2.2 属性信息的查询  69-71
  5.3 虚拟城市的空间分析方法  71-77
    5.3.1 两点间通视分析  71-73
    5.3.2 表面积计算  73
    5.3.3 体积计算  73-74
    5.3.4 三维缓冲区分析  74-75
    5.3.5 日照阴影分析  75-77
  5.4 本章小结  77-78
第六章 网络环境下虚拟城市模型的可视化  78-86
  6.1 网络三维可视化技术  78-82
    6.1.1 利用VRML建立三维网络模型  79
    6.1.2 基于GeoVRML的三维网络模型  79-80
    6.1.3 利用Java与VRML交互实现网络交互  80-82
  6.2 三维虚拟城市模型的VRML表示  82-84
  6.3 部分实验及应用成果  84-85
  6.4 本章小结  85-86
第七章 “数字苏州工业园区”原型系统  86-91
  7.1 项目背景  86-87
  7.2 设计流程  87
  7.3 主要功能  87-88
  7.4 实验成果  88-91
第八章 结论与展望  91-93
  8.1 结论  91-92
  8.2 展望  92-93
致谢  93-94
参考文献  94-97
攻读学位期间科研学术情况  97

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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） > 计算机仿真
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