本文關(guān)鍵詞：三維地形動態(tài)多分辨率建模與關(guān)鍵算法的研究

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【摘要】：在當(dāng)代快速發(fā)展的信息社會中,地理信息系統(tǒng)(GIS)逐漸顯現(xiàn)出它的重要性,大規(guī)模三維地形數(shù)據(jù)的快速高效地處理以及實時動態(tài)可視化已經(jīng)成為GIS領(lǐng)域研究的重點和難點。為了滿足人們對虛擬場景的視覺感受,讓他們更好地體驗虛擬世界,首先需要保證模擬場景的逼真性,其次需要具有可以滿足觀察者視覺的幀速。雖然現(xiàn)在的硬件得到了快速的發(fā)展,但是仍然難以滿足上述兩方面的要求。因此,從軟件角度出發(fā),研究模型生成和數(shù)據(jù)簡化算法,降低算法的時間和空間復(fù)雜度是十分必要的。 本文圍繞提高實時顯示速度和數(shù)據(jù)處理效率這一關(guān)鍵問題,通過運用三維地形繪制的理論知識與相關(guān)技術(shù)方法,重點對自適應(yīng)的動態(tài)多分辨率LOD模型和基于小波分析的動態(tài)多分辨率建模開展研究。提出了一種新的節(jié)點重要性評價策略和基于小波變換的多級緩沖機制,為大規(guī)模三維地形數(shù)據(jù)的調(diào)度和細節(jié)層次模型的選擇提供了科學(xué)依據(jù)和保障。 本文的主要研究工作和取得的成果如下： (1)深入研究了三維空間建模的理論基礎(chǔ)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及三維地形動態(tài)多分辨率建模中的一些方法和理論,分析比較了不同建模方法的優(yōu)缺點。 (2)由于空間數(shù)據(jù)的規(guī)模比較大,為了解決數(shù)據(jù)訪問效率低的問題,首先根據(jù)觀察者的視距對數(shù)據(jù)進行分塊,其次根據(jù)不同數(shù)據(jù)塊的優(yōu)先權(quán)和調(diào)度策略進行內(nèi)外存的合理調(diào)度。數(shù)據(jù)在內(nèi)外存的調(diào)度主要是通過設(shè)計緩存、內(nèi)存以及外存之間的映射關(guān)系,對實時所需的地形數(shù)據(jù)進行合理高效的調(diào)度,進而提高讀取數(shù)據(jù)的速度并減少對外存的訪問。 (3)為了解決細節(jié)層次間的平滑過渡問題,提出了一種新的節(jié)點顯示重要性的判斷方法,進而建立相應(yīng)的地形細節(jié)模型。分析了三角網(wǎng)在實時構(gòu)建時的細分和簡化過程。 (4)利用小波分析具有較好的局部化特性,通過伸縮平移變換運算后,信號可以被逐步分成不同分辨率精度的細化模型。實質(zhì)上的地形數(shù)據(jù)就是二維離散信號,可以對地形數(shù)據(jù)做類似信號的處理,然后把地形數(shù)據(jù)進行小波變換得到一系列不同的小波系數(shù),它們有可以反映地形數(shù)據(jù)整體趨勢的低頻部分的系數(shù),也有可以反映地形數(shù)據(jù)局部細節(jié)特征的高頻成分的小波系數(shù),再用不同的門限濾波器對這些小波系數(shù)進行過濾,就可以得到與不同細節(jié)層次對應(yīng)的小波系數(shù),也就是得到了不同細節(jié)層次的地形數(shù)據(jù)。這樣就可以運用小波分析的方法構(gòu)建四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),進行地形的動態(tài)多分辨率建模。通過實驗的方法選擇較好的小波基函數(shù),討論了條件濾波的方法以及地形細節(jié)層次模型的評價選擇,最后提出了多級緩存機制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的合理調(diào)度,提高讀取地形數(shù)據(jù)的速度。同時給出了實時構(gòu)造四叉樹及顯示的算法,并通過實驗實現(xiàn)地形的平滑逼真顯示。
【關(guān)鍵詞】：三維地形 多分辨率 四叉樹 多級緩存 小波變換
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P208;TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 研究的背景與意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀10-12
• 1.3 本文組織結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 三維地形繪制的理論基礎(chǔ)14-28
• 2.1 三維圖形學(xué)理論14-18
• 2.1.1 三維空間的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)14-17
• 2.1.2 光照模型和透視投影17-18
• 2.1.3 三維地形中的紋理映射18
• 2.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)18-19
• 2.3 三維地形的生成方法19-22
• 2.3.1 基于數(shù)據(jù)擬合的三維地形生成方法19-20
• 2.3.2 基于分形算法的三維地形生成20-21
• 2.3.3 基于規(guī)格網(wǎng)格數(shù)據(jù)的三維地形構(gòu)造方法21-22
• 2.4 三維地形的可視化建模22-24
• 2.4.1 數(shù)字高程模型22-23
• 2.4.2 數(shù)字高程模型的主要表示方法23-24
• 2.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理與調(diào)度24-25
• 2.5.1 地形數(shù)據(jù)分塊24
• 2.5.2 緩存與內(nèi)外存數(shù)據(jù)調(diào)用策略24-25
• 2.6 實時可見性理論25-26
• 2.7 GPU渲染加速26-27
• 2.8 本章小結(jié)27-28
• 第三章 自適應(yīng)的動態(tài)多分辨率LOD模型28-35
• 3.1 細節(jié)層次模型28-30
• 3.1.1 細節(jié)層次模型的基本原理28-29
• 3.1.2 細節(jié)層次模型的分類29-30
• 3.2 基于規(guī)則網(wǎng)格和不規(guī)則網(wǎng)格的細節(jié)層次模型30-31
• 3.2.1 基于規(guī)則網(wǎng)格的細節(jié)層次模型30
• 3.2.2 基于不規(guī)則網(wǎng)格的細節(jié)層次模型30-31
• 3.2.3 規(guī)則網(wǎng)格和不規(guī)則網(wǎng)格的細節(jié)層次模型算法對比分析31
• 3.3 基于自適應(yīng)的動態(tài)多分辨率LOD建模31-34
• 3.3.1 四叉樹結(jié)構(gòu)的地形數(shù)據(jù)管理31-32
• 3.3.2 三角網(wǎng)的簡化和細分32-34
• 3.3.3 節(jié)點細分評估34
• 3.4 本章小結(jié)34-35
• 第四章 基于小波分析的動態(tài)多分辨率建模研究35-49
• 4.1 小波分析的理論基礎(chǔ)35-39
• 4.1.1 小波變換的定義36-37
• 4.1.2 多分辨率分析37-39
• 4.2 基于小波分析的動態(tài)多分辨率建模39-42
• 4.2.1 小波的數(shù)學(xué)特性及其在地形繪制中的影響39
• 4.2.2 動態(tài)多分辨率建模算法39-41
• 4.2.3 基于小波的細節(jié)層次評價選擇41-42
• 4.3 多級緩沖機制42-43
• 4.4 裂縫消除43-44
• 4.5 實驗與分析44-48
• 4.5.1 小波基的選擇實驗44-45
• 4.5.2 實驗的設(shè)計與實現(xiàn)45-48
• 4.6 本章小結(jié)48-49
• 第五章 總結(jié)與展望49-50
• 5.1 論文總結(jié)49
• 5.2 研究展望49-50
• 參考文獻50-54
• 致謝54-55
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文55

【參考文獻】

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本文編號：973034