本文關(guān)鍵詞：多維戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢可視化關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《燕山大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)據(jù)與信息可視化技術(shù)已經(jīng)融入到社會的方方面面,數(shù)字戰(zhàn)場中多維戰(zhàn)場態(tài)勢可視化就是其中一個非常重要的應(yīng)用�？梢暬夹g(shù)是戰(zhàn)場環(huán)境表達(dá)的最重要形式,也是指揮人員認(rèn)識戰(zhàn)場環(huán)境的最主要手段。而多維戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢可視化就是利用戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢信息,基于一致的空間基準(zhǔn),以空間地理信息為可視化載體,疊加顯示戰(zhàn)場環(huán)境各要素,以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、制圖學(xué)和地理信息學(xué)等為手段,借助多種交互工具實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢的可視化表達(dá)。由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭正趨于多元化和全球化,戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢包含范圍也越來越廣,而隨著戰(zhàn)場規(guī)模的逐漸擴(kuò)大和信息獲取技術(shù)如傳感技術(shù)等的快速發(fā)展,各類信息資源的數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長,導(dǎo)致數(shù)字戰(zhàn)場中各類環(huán)境態(tài)勢可視化出現(xiàn)諸多問題,如數(shù)據(jù)規(guī)模增大和顯示精度要求變高導(dǎo)致的繪制效率低下、空間信息網(wǎng)格全球化導(dǎo)致的極點(diǎn)問題、戰(zhàn)場實(shí)體復(fù)雜化導(dǎo)致的可視混亂等,嚴(yán)重影響指揮人員對戰(zhàn)場的理解和決策的制定,為解決此類問題,本文從以下若干方面展開研究:首先,針對數(shù)字戰(zhàn)場可視化的基礎(chǔ)—大規(guī)模地形可視化中地形塊過多導(dǎo)致調(diào)度時間長的問題,提出一種枚舉四叉樹算法,將四叉樹中的相鄰節(jié)點(diǎn)按類型進(jìn)行合并,以若干復(fù)合類型地形塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)單一類型地形塊,在不改變最終渲染效果的前提下有效減少地形塊數(shù)量,加快視點(diǎn)變化過程中的調(diào)度效率;為解決不同分辨率地形塊間的裂縫問題,提出基于正切函數(shù)的頂點(diǎn)偏移算法,在不用做額外判斷的情況下實(shí)現(xiàn)T連接處的頂點(diǎn)偏移,有效解決裂縫。其次,針對將地形可視化擴(kuò)展至全球規(guī)模時所產(chǎn)生的網(wǎng)格分布不均和兩極的狹長三角形等問題,設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的六邊形離散網(wǎng)格系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)全球網(wǎng)格密度的統(tǒng)一;以孔徑為4的六邊形劃分方式為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)一種基于菱形塊的六邊形網(wǎng)格四叉樹算法,與單分辨率網(wǎng)格相比,能在不影響視覺感知精度的情況下實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)相關(guān)的多分辨率六邊形可視化,有效提高繪制效率;對于三角化后各菱形塊間的裂縫問題,設(shè)計(jì)四類基礎(chǔ)三角形條帶,在繪制過程中根據(jù)相鄰關(guān)系進(jìn)行實(shí)時調(diào)度組合,實(shí)現(xiàn)裂縫修補(bǔ)。然后,在戰(zhàn)場自然環(huán)境數(shù)據(jù)場的可視化方面,主要從大規(guī)模三維標(biāo)量場和球面流場這兩個方面展開研究。在大規(guī)模體數(shù)據(jù)場的光線投射算法中,用球殼弧形六面體代替?zhèn)鹘y(tǒng)六面體作為代理幾何體。為解決按經(jīng)緯度存儲體數(shù)據(jù)時冗余度高、極點(diǎn)地區(qū)可視化效果畸變等問題,采用單分辨率六邊形網(wǎng)格作為數(shù)據(jù)存儲拓?fù)?借助六邊形單元快速查找表和三棱柱插值算法,實(shí)現(xiàn)光線在球面空間中的快速采樣;根據(jù)應(yīng)用場景不同,將最終渲染模式分為三類,在可視化過程中根據(jù)視參進(jìn)行實(shí)時模式確定,利用該方法可最大限度提升體繪制效率。而針對大規(guī)模矢量場可視化中流線積分時間長的問題,引入幾何著色器并行生成流線,只需向圖形管線傳輸少量種子點(diǎn),大幅節(jié)省圖形管線帶寬;同時,將視點(diǎn)相關(guān)的四叉樹算法應(yīng)用于種子點(diǎn)分布過程,使流線分布密度隨視點(diǎn)的變化而不同,在提高繪制幀率的同時還可優(yōu)化視覺效果,防止線條混亂。最后,本文還對戰(zhàn)場實(shí)體軌跡圖的可視化及其優(yōu)化展開研究,為解決點(diǎn)線圖的邊混亂問題,將陸地交通信息融入其中,以若干貝塞爾曲線組成的光滑曲線代替原圖邊,在實(shí)現(xiàn)相關(guān)軌跡有效綁定的同時還能體現(xiàn)出大致路徑信息,提高了圖的清晰度與信息含量。上述戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢可視化算法最終均集合進(jìn)同一可視化平臺,并且其中多數(shù)研究已經(jīng)在相關(guān)863課題中得到驗(yàn)證,能幫助指揮員快速準(zhǔn)確了解戰(zhàn)場態(tài)勢,起到有效輔助決策的作用。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;E211

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