【摘要】：在GIS界，地理信息可視化一直是一項重要內(nèi)容，它通過直觀的方式對采集的地理信息進行可視化表達，一方面有利于地形地物的識別，另一方面方便了對地理信息的空間分析和數(shù)據(jù)處理，在與地理信息相關的各領域都發(fā)揮著極為重要的作用。 “數(shù)字地球”概念的提出將地理信息的表達和處理帶入數(shù)字化時代，在此時代背景下，地理信息數(shù)據(jù)量亦呈現(xiàn)爆炸式增長，大規(guī)模地形場景的實時可視化成為構(gòu)建“數(shù)字地球”的一項基本手段，在眾多領域存在著廣泛的應用。 通常情況下，大規(guī)模地形場景的實時繪制包括三類方法：基于規(guī)則格網(wǎng)的繪制方法、基于不規(guī)則三角網(wǎng)的繪制方法和基于點模型的繪制方法，其中，基于不規(guī)則三角網(wǎng)的繪制方法由于模型結(jié)構(gòu)復雜，目前的研究并不多見，鮮有成功應用的例子。由于不規(guī)則三角網(wǎng)在地形表達和數(shù)據(jù)適應性方面的獨特優(yōu)勢，本文對這一方法進行深入研究，并最終設計實現(xiàn)了一個基于不規(guī)則三角網(wǎng)的大規(guī)模數(shù)字地形場景實時繪制的原型系統(tǒng)。實驗表明該系統(tǒng)能達到每秒10幀以上的繪制速度，具備了一定的實時繪制能力；屏幕上點的分布密度均勻，取得了較好的繪制效果。 基于不規(guī)則三角網(wǎng)的大規(guī)模數(shù)字地形場景實時繪制，首先要解決的是基于不規(guī)則三角網(wǎng)繪制的實現(xiàn)策略問題，其次是數(shù)據(jù)組織和動態(tài)調(diào)度問題，再次是不規(guī)則三角網(wǎng)的快速構(gòu)建問題，對這些方面，本文都進行了深入探討。同時，要完成大規(guī)模數(shù)字地形場景的實時繪制，頂點緩存區(qū)對象（VBO）、多線程技術（Multi-thread）、內(nèi)存映射技術（MemoryMapping）也是重要的關鍵技術，對這些技術，本文也進行了充分引入。 本文所取得的創(chuàng)新成果主要包括以下方面： （1）在點云數(shù)據(jù)組織和動態(tài)調(diào)度基礎上的三角網(wǎng)實時可視化方法。目前，基于三角網(wǎng)的地形場景可視化常用的方法是基于三角網(wǎng)組織地形場景數(shù)據(jù)，通過三角網(wǎng)的實時簡化或細化進行場景顯示。理論和實際均表明，這種方法難以適應大規(guī)模地形場景實時繪制要求。本研究突破了這種思維定勢，采用簡單的方法，即使得系統(tǒng)同時具備了基于三角網(wǎng)和基于頂點的實時繪制能力。 （2）一種新的快速高質(zhì)量的點云簡化算法。本文提出一種新的點云簡化算法，算法基于先控制后細部的思想，將分割聚類法和分裂聚類法相結(jié)合，充分發(fā)揮二者的優(yōu)點。實際測試表明，算法對各種分布情況的點云均能取得較高的點云簡化質(zhì)量，而且具有很高的速度。 （3）基于線性四叉樹的動態(tài)調(diào)度算法。本文基于視距提出一種動態(tài)調(diào)度算法，算法根據(jù)四叉樹結(jié)點的最小完全可見距離計算當前視距下結(jié)點應該顯示的細節(jié)層次（LOD），通過調(diào)節(jié)結(jié)點最小完全可見距離，即可實現(xiàn)對LOD的自適應控制。本部分對結(jié)點可見性判定算法同樣進行了創(chuàng)新，該算法能快速實現(xiàn)結(jié)點與視景體的相交檢測，有效地加速了調(diào)度計算。 （4）基于多線程并行的Delaunay三角網(wǎng)構(gòu)建算法。本文提出并實現(xiàn)了一個高效的基于多線程并行的Delaunay三角網(wǎng)構(gòu)建算法，，其中所用到的三角網(wǎng)合并算法為本文新提出的一種算法，該算法理論上能對任意多個互不重疊的三角網(wǎng)進行合并，而且具有較高的效率。實驗表明，在四核條件下，本文提出的并行算法相對于串行算法能將速率提高4倍以上。 （5）基于不規(guī)則三角網(wǎng)的大規(guī)模數(shù)字地形場景實時可視化系統(tǒng)設計。本文提出基于界面層、渲染層、調(diào)度層、數(shù)據(jù)層四層結(jié)構(gòu)體系框架和基于主線程和調(diào)度線程協(xié)同工作的系統(tǒng)運行流程設計，實現(xiàn)了基于不規(guī)則三角網(wǎng)的大規(guī)模數(shù)字地形場景實時可視化，并提供了海量數(shù)據(jù)處理的可能。本文系統(tǒng)設計與實現(xiàn)對基于其他模型的實時可視化和處理系統(tǒng)同樣具有很好的參考意義。
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【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：P217;P208

【共引文獻】

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本文編號：2387470