地理信息系统三维表现的研究

摘要

随着科学技术尤其是计算机技术的发展，三维地理信息数据采集和计算机模拟三维场景已成了现实。人们长久被压抑的对三维地理信息系统的需求被释放出来。用计算机实现三维地理信息系统已成为了当前的研究热点。而好的三维地理信息系统必须要有一个好的表现系统在计算机中实时地绘制系统中的城市乡村、山川湖泊等虚拟场景，为三维信息的分析和使用提供界面和平台。
　　 三维表现系统，是建立在计算机图形绘制技术的基础上，对地球表面的海量地形和城市中的大规模建筑群进行实时绘制的系统。它主要需要达到的目标是：虚拟现实效果良好，可绘制任意数据量的虚拟场景，绘制效率高，可通网络对其进行远程访问。它主要需要解决以下几个问题：数据量是海量的，而计算机硬件的内存空间是有限的；需要绘制的场景在每一时刻都可能是复杂的、大范围的，而计算和显卡的处理能力是有限的。
　　 本文分海量地形的实时绘制和大规模场景的实时绘制两部分来设计和实现三维表现系统。首先，研究、分析了当前两个领域的主要研究成果和现状，为系统的设计和实现提供了理论依据，确立了以静态LOD作为系统的主体思想；接着，在研究的基础上总结归纳，并提出了例如用于消除地形裂缝的多重边界算法和用于大规模场景绘制的索引四叉树预构等算法，使性能得到了改进；最后，根据理论基础和本文的改进创新设计实现了由海量地形实时绘制系统和大规模场景实时绘制系统组成的三维地理信息系统的表现系统。
　　 本文最后总结了设计实现的三维表现系统的不足，并为将来的工作提出了需要进一步改进的方向。

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文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.3本文主要工作

1.4内容组织

第2章海量地形实时绘制理论

2.1虚拟现实技术和LOD

2.2用于地形实时绘制的LOD算法

2.2.1 ROAM算法

2.2.2 Chunk LOD算法

2.2.3算法的优缺点比较

2.3纹理映射

2.3.1 Mipmap机制

2.3.2多重分辨率纹理映射算法

2.4.地形块间接缝算法

2.4.1动态接缝算法

2.4.2静态接缝算法

2.5本文对Chunk LOD算法的改进

2.5.1屏幕误差计算方法改进

2.5.2接缝算法改进

2.6小结

第3章大规模场景实时绘制理论

3.1多细节层次建模

3.2遮挡剔除

3.3索引算法

3.3.1四叉树索引

3.3.2八叉树索引

3.3.3基于分层树的索引算法与LOD的结合

3.4数据调度策略

3.5其他

3.6小结

第4章海量地形实时绘制系统设计

4.1图形渲染

4.1.1 OpenGL简介

4.1.2三维渲染引擎

4.2地形预处理

4.2.1几何三角形网四叉树构建

4.2.2纹理四叉树构建

4.3地形实时绘制

4.3.1数据存储

4.3.2地形块LOD

4.4网络传输设计

4.4.1客户端设计

4.4.2服务端设计

4.5小结

第5章大规模场景实时绘制系统设计

5.1预处理

5.2实时绘制

5.2.1数据存储和调度

5.2.2 LOD

5.3小结

第6章总结与展望

参考文献

作者简历