三维场景中地形与建筑物集成可视化技术研究
发布时间：2023-05-26 20:00
近些年来,三维场景可视化技术已被广泛应用于虚拟战场、城市规划、街景导航等众多领域。随着摄影测量、卫星遥感等技术的飞速发展,三维场景中的地形数据精度越来越高,规模越来越大。但由于目前计算机硬件水平有限,这就使得如何实现海量地形数据的实时渲染成为难点。此外,三维场景中不仅存在地形数据,还包括各种各样的地物模型,这些模型与地形数据之间如何集成显示也是当前三维场景可视化的另一个难点。为了解决这些问题,本文基于DirectX图形接口研究了大规模三维场景可视化系统的关键技术,包括海量三维地形数据的组织与管理,数据的实时调度策略,层次细节模型中的裂缝消除和地形与地物的无缝匹配,最终实现了大规模三维场景的实时高效绘制。本文的主要研究内容及研究成果如下。(1)研究了海量三维地形的数据组织与管理策略。通过对常用的数字地形的组织结构研究分析,采用了基于规则格网模型的地形数据组织。研究并分析了层次细节模型的原理及常用的LOD模型简化算法,提出一种结合CPU-GPU协同构网的三维地形数据组织策略,充分利用GPU的高速并行计算能力。测试结果表明,本文提出的数据组织策略使得最终渲染的地形三角网可达到百万级别,同时C...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 海量地形数据的组织管理研究现状
1.2.2 海量地形数据的渲染技术研究现状
1.2.3 三维地形地物集成方法研究现状
1.3 论文的组织结构
第二章 大规模三维地形数据的组织与管理
2.1 数字地形的组织结构
2.1.1 等高线模型
2.1.2 规则格网模型
2.1.3 不规则三角网模型(TIN)
2.1.4 结合规则格网模型的数据读取与存储
2.2 地形简化技术研究
2.2.1 LOD技术及其模型分类
2.2.2 地形简化算法研究
2.3 改进的地形简化及网格构建算法
2.3.1 可编程渲染管线工作流程
2.3.2 CPU-GPU结合的协同构网方式
2.3.3 纹理数据的采样方法
2.3.4 基于三角形的网格构建算法
2.4 测试与分析
2.5 本章小结
第三章 大规模三维地形的快速渲染算法研究
3.1 基于视点的视锥裁剪
3.1.1 视锥裁剪的基本原理
3.1.2 常见的包围盒的构建方法
3.1.3 基于AABB包围盒的视锥裁剪方法研究
3.2 裂缝的产生及常见的裂缝处理方法
3.2.1 裂缝的产生
3.2.2 常用的裂缝处理方法
3.3 改进的基于视点的裂缝处理方法
3.3.1 节点评价原则
3.3.2 基于顶点动态调整的裂缝消除方式
3.3.3 裂缝处理的具体实现方法
3.4 测试与分析
3.4.1 裂缝消除算法测试分析
3.4.2 不同的地形简化算法测试分析
3.5 本章小结
第四章 地物模型与地形模型的匹配方案研究
4.1 三维地物模型的构建
4.1.1 三维地物模型的常用构建方法
4.1.2 基于二维GIS数据的地物模型方法
4.1.3 建筑物模型数据的组织
4.2 常用的模型匹配方法
4.3 基于网格重构的模型匹配算法
4.3.1 网格匹配的主要步骤
4.3.2 基于R树索引确定融合区间
4.3.3 无约束的Delaunay三角网重构
4.3.4 插入建筑物底面约束
4.4 局部地形修正
4.4.1 基于高斯函数的修正模型
4.4.2 建筑物影响域范围选择
4.4.3 多影响域下的修正函数
4.5 测试与分析
4.5.1 R树索引测试与分析
4.5.2 地形匹配实验测试与分析
4.5.3 地形与建筑物的集成精度测试与分析
4.6 本章小结
第五章 大规模三维场景可视化系统的设计与实现
5.1 系统总体框架
5.2 系统功能模块设计及实现
5.2.1 数据组织管理模块
5.2.2 建筑物与地形数据匹配模块
5.2.3 场景实时渲染模块
5.2.4 三维场景实时交互模块
5.3 三维场景可视化软件效果展示
5.3.1 纹理映射的基本原理
5.3.2 三维天空的模拟实现
5.3.3 三维场景可视化软件效果展示
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 存在的问题和未来的展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3823192
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 海量地形数据的组织管理研究现状
1.2.2 海量地形数据的渲染技术研究现状
1.2.3 三维地形地物集成方法研究现状
1.3 论文的组织结构
第二章 大规模三维地形数据的组织与管理
2.1 数字地形的组织结构
2.1.1 等高线模型
2.1.2 规则格网模型
2.1.3 不规则三角网模型(TIN)
2.1.4 结合规则格网模型的数据读取与存储
2.2 地形简化技术研究
2.2.1 LOD技术及其模型分类
2.2.2 地形简化算法研究
2.3 改进的地形简化及网格构建算法
2.3.1 可编程渲染管线工作流程
2.3.2 CPU-GPU结合的协同构网方式
2.3.3 纹理数据的采样方法
2.3.4 基于三角形的网格构建算法
2.4 测试与分析
2.5 本章小结
第三章 大规模三维地形的快速渲染算法研究
3.1 基于视点的视锥裁剪
3.1.1 视锥裁剪的基本原理
3.1.2 常见的包围盒的构建方法
3.1.3 基于AABB包围盒的视锥裁剪方法研究
3.2 裂缝的产生及常见的裂缝处理方法
3.2.1 裂缝的产生
3.2.2 常用的裂缝处理方法
3.3 改进的基于视点的裂缝处理方法
3.3.1 节点评价原则
3.3.2 基于顶点动态调整的裂缝消除方式
3.3.3 裂缝处理的具体实现方法
3.4 测试与分析
3.4.1 裂缝消除算法测试分析
3.4.2 不同的地形简化算法测试分析
3.5 本章小结
第四章 地物模型与地形模型的匹配方案研究
4.1 三维地物模型的构建
4.1.1 三维地物模型的常用构建方法
4.1.2 基于二维GIS数据的地物模型方法
4.1.3 建筑物模型数据的组织
4.2 常用的模型匹配方法
4.3 基于网格重构的模型匹配算法
4.3.1 网格匹配的主要步骤
4.3.2 基于R树索引确定融合区间
4.3.3 无约束的Delaunay三角网重构
4.3.4 插入建筑物底面约束
4.4 局部地形修正
4.4.1 基于高斯函数的修正模型
4.4.2 建筑物影响域范围选择
4.4.3 多影响域下的修正函数
4.5 测试与分析
4.5.1 R树索引测试与分析
4.5.2 地形匹配实验测试与分析
4.5.3 地形与建筑物的集成精度测试与分析
4.6 本章小结
第五章 大规模三维场景可视化系统的设计与实现
5.1 系统总体框架
5.2 系统功能模块设计及实现
5.2.1 数据组织管理模块
5.2.2 建筑物与地形数据匹配模块
5.2.3 场景实时渲染模块
5.2.4 三维场景实时交互模块
5.3 三维场景可视化软件效果展示
5.3.1 纹理映射的基本原理
5.3.2 三维天空的模拟实现
5.3.3 三维场景可视化软件效果展示
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 存在的问题和未来的展望
致谢
参考文献
作者简介
本文编号：3823192
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