收藏本站
《首都师范大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多尺度三维灾情场景构建与动态标绘关键技术研究

刘浩  
【摘要】:在地震尚不能准确预报的今天,地震应急救援工作具有非常重要的意义。随着空间信息技术等高新技术的快速发展,利用这些高新技术辅助地震应急救援是抗震减灾工作的必然发展趋势。虚拟灾情场景能够为决策者提供一个直观逼真的可视化平台,由于地震应急的特殊性,对多尺度三维灾情场景的构建及有效利用提出了更高要求。为满足地震应急救援的应用需求,围绕多尺度三维灾情场景构建和地震灾情信息图形化展示两个主要内容,重点针对三维灾情场景大规模地形可视化、三维灾情场景局部区域动态更新、三维灾情场景地形实时交互改造、以及地震灾情动态标绘体系构建等关键技术展开研究。论文的主要工作和贡献体现在以下几个方面: ①提出了基于虚拟纹理的大规模地形动态调度与实时绘制算法 大规模地形场景是三维灾情场景地理环境的重要组成部分,是其它地震灾情信息展示的载体。针对当前大规模地形绘制的大数据传输瓶颈,提出一种支持外存数据的动态调度与实时绘制算法。引入虚拟纹理(Virtual Texture)的大纹理管理机制,对DEM(数字高程模型)和DOM(数字正射影像图)采取统一的管理框架,利用GPU(图形处理器)的实时计算和CPU(中央处理器)的动态分析,绘制每一帧时只载入当前渲染所需的极少部分瓦片,在CPU中进行维护并拼接成一张缓存纹理传入GPU,在GPU着色器中根据瓦片信息计算地形网格点的采样目标瓦片和纹理采样坐标,并完成最终的地形绘制。算法简化了数据的交换并改进了内存的管理,对于大数据的传输具有很好的执行效率,其宽带开销、渲染帧率和实现复杂度均优于现有常用的CPU算法和Geoclipmap算法。 ②提出了基于GPU实时网格细分的局部地形镶嵌算法 三维灾情场景需要通过及时更新来展现灾区现场的最新状况,因此必须具备动态加载局部高精度地形数据的能力。针对局部区域地形数据的动态更新,提出了基于GPU实时网格细分的局部高精度地形镶嵌算法,通过在GPU中对更新区域的地形网格实时插值细分来增加三角面片数,提高地形模型的几何精度,在有效保证更新区域地形绘制精度的同时,也不增加内存与显存之间的数据传输压力,通过实验对比,其执行效率要明显优于现有常用的CPU算法和GPU算法,且处理数据量越大优势体现越明显。 ③提出了基于实拍照片的局部纹理快速更新方法 针对三维灾情场景纹理信息的动态更新,提出了一种基于实拍照片的三维灾情场景地表影像快速更新方法,利用现场拍摄的高清照片叠加于灾情场景地表来展示灾区的最新状况。为准确匹配实拍照片与其在地形场景中的实际覆盖范围,利用相机的内部参数和外部参数在灾情场景中构建虚拟相机视锥体,将其与地面求交以获取照片的实际覆盖范围,最后使用多重纹理混合实现将实拍照片叠加于灾情场景表面。该方法克服了遥感影像获取困难、处理周期长、传输不方便等缺陷,简化了整个纹理更新的工作流程,提高了纹理更新的时效性,且高清照片能够提供更加精细的地貌细节,能够很好的满足实际应用的需求。 ④提出了一种细节可控的地形交互改造算法 地震灾害往往引起大量的地表变形,如地裂缝、塌陷、滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害对人民生命财产造成巨大威胁,对这些地震引起的地表变形现象进行有效表达对于地震应急分析具有现实意义。然而由于震后灾区高精度地形数据的获取难度大、成本高,基于真实数据来表达显得异常困难,因此提出在充分利用高清遥感影像/实拍照片提供的地貌信息为参考,以交互改造地形的方式近似模拟震后特定灾害点的地表形态。而现有的地形绘制算法多为静态地形,对实时表达地表变形无能为力。鉴于此,对地形实时交互改造技术展开研究,提出了一种细节可控的地形交互改造算法,利用GPU着色器完成地形改造任务,并采用“乒乓”算法和批处理实现等方法优化了地形刷的执行效率和改造效果,此外,引入多重分形算法对改造地形的高度值产生可控随机扰动,以满足复杂地表形态表达的需求,为三维灾情场景中细节形态的表达提供了新的方法和技术手段。 ⑤研究了地震灾情动态标绘体系的构建 提出以三维动态标绘的方式实现地震灾情信息的图形化、符号化展示,研究地震灾情动态标绘体系的构建,提出了地震灾情动态标绘体系的层次框架,将整个体系分为几何层、单元层和语义表现层,针对几何层中标绘符号几何模型的构建和标绘符号与地形的匹配等关键问题进行了讨论和解决,面向地震灾情信息的空间/时态语义对标绘技术进行了应用扩展,结合GIS(地理信息系统)空间分析、三维度量、多维联动以及动态模拟等技术手段,完成了各类灾情信息的有效表达。
【学位授予单位】:首都师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:P315.9;TP391.41

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张琦;孙伟;孙丰;孙劭文;;一种多分辨率动态地形算法[J];兵工学报;2007年09期
2 马照亭,潘懋,胡金星,吴焕萍,王占刚;一种基于数据分块的海量地形快速漫游方法[J];北京大学学报(自然科学版);2004年04期
3 张嵘;蔡洪斌;白忠建;;三维态势图中标绘箭头的实时约束变形[J];成都信息工程学院学报;2008年04期
4 万幼;边馥苓;;二三维联动的GIS系统体系结构构建技术[J];地理信息世界;2008年02期
5 帅向华,成小平,袁一凡;城市震害高危害小区的研究和GIS的实现技术[J];地震;2002年03期
6 张剑波,刘丹,陈宇;基于MAPGIS的军事标图系统的设计[J];地球科学;2002年03期
7 李胜;冀俊峰;刘学慧;吴恩华;;超大规模地形场景的高性能漫游[J];软件学报;2006年03期
8 孙英君;丁宁;王倩;;基于二三维联动机制的数字校园系统研究[J];山东建筑大学学报;2009年04期
9 高杰;冯启民;史承伟;王颖颖;;基于ArcView9.0的城市震害预测及应急对策信息系统研究[J];世界地震工程;2006年03期
10 丰彪;文里梁;王自法;兰日清;;基于三维GIS技术的地震灾情场景模拟系统[J];世界地震工程;2010年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 孔维;三维非规则军队标号的研究与实现[D];中国人民解放军信息工程大学;2005年
2 李均;3D游戏引擎中的室外大场景渲染技术研究与实现[D];四川师范大学;2008年
3 胡长理;砌体结构三维模型及三维灾害场景实现技术的初步研究[D];中国地震局工程力学研究所;2009年
4 文里梁;基于三维GIS技术的地震灾情场景模拟系统[D];中国地震局工程力学研究所;2009年
5 谷国梁;基于三维GIS技术的地震灾情模拟系统研究[D];中国地震局地震预测研究所;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄世敏;倪永军;冯志强;符圣聪;江静贝;;地理信息系统在国内城市防震减灾中的应用研究综述[J];四川建筑科学研究;2007年S1期
2 马玉宝;李旸;丁仁源;;空间数据挖掘中的空间数据结构的研究[J];安徽农业科学;2010年21期
3 杨洁;隋学艳;杨丽萍;郭洪海;朱振林;;山东省植被指数影像数据库的设计与实现[J];安徽农业科学;2011年29期
4 张豫南;王冬;夏乙;李瀚飞;;瓦片块四叉树动态地形层次细节算法[J];兵工学报;2011年11期
5 赵磊;杨磊;闫鹤;乔健;;基于GIS的直升机辅助航迹规划探讨[J];北京测绘;2012年01期
6 关丽;吕雪锋;;面向空间数据组织的地理空间剖分框架性质分析[J];北京大学学报(自然科学版);2012年01期
7 杨海林;王家廞;;数字地球中实时地形晕渲的实现方法[J];北京航空航天大学学报;2011年12期
8 傅为;何明刚;袁硕;李慧盈;;基于混合DEM数据存储结构的三维地形可视化[J];吉林大学学报(信息科学版);2012年02期
9 石雄;朱毅;;一种面向现代GPU的大规模地形渲染技术[J];成都信息工程学院学报;2009年03期
10 王祥瑞;张颜臣;;MapX在VC++中集成实现空情标图的方法[J];长春大学学报;2008年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨旸;李明峰;衡春杰;张元;;基于ArcGIS和SketchUp的特种行业三维标绘技术研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
2 汤国安;刘学军;房亮;罗明良;;DEM及数字地形分析中尺度问题研究综述[A];中国地理信息系统协会第九届年会论文集[C];2005年
3 郑笈;李思昆;陆筱霞;;大规模场景绘制的存储数据调度组织研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
4 岳利群;夏青;蒋秉川;陈华;朱杰;;地形环境仿真中数据组织管理影响因素研究[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
5 陈华;夏青;王洪威;岳利群;蒋秉川;;全球海量纹理数据的预处理技术研究[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
6 姚慧敏;崔铁军;邵世新;;基于四叉树的LOD地形模型及其数据组织方法研究[A];中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集[C];2007年
7 王洋;胡斌;黄坚;夏榆滨;翁敬农;;地球影像数据的组织、索引及其实现[A];中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集[C];2007年
8 饶成;李勋祥;陈定方;;细节层次技术在VR视景系统中的应用[A];2005年十二省区市机械工程学会学术年会论文集(湖北专集)[C];2005年
9 ;The research on the Environmental Evaluation Informatization[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
10 工程科学和技术综合专题组;;2020年中国工程科学和技术发展研究[A];2020年中国科学和技术发展研究(上)[C];2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田继辉;用于三维影像快速浏览的多尺度DEM数据组织研究[D];河南理工大学;2010年
2 杨俊杰;开源虚拟引擎三维地形环境拓展研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
3 曹国惠;基于MRF的快速纹理合成处理方法及应用研究[D];浙江理工大学;2010年
4 李玉东;三维地形数据流传输技术研究与实现[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 李文;VRGIS中海量数据绘制关键技术与算法研究[D];中国海洋大学;2010年
6 石琼;天水市秦州区地质灾害防治对策研究[D];兰州大学;2010年
7 吴娜;位场及地质模型的三维显示[D];华东师范大学;2010年
8 唐康;基于受灾点需求动态变化的多阶段应急物资分配问题研究[D];浙江大学;2011年
9 韩永;基于OpenGL的地形三维可视化实现研究[D];昆明理工大学;2008年
10 田崇峰;基于GIS的城市应急管理系统研究[D];电子科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄世敏;倪永军;冯志强;符圣聪;江静贝;;地理信息系统在国内城市防震减灾中的应用研究综述[J];四川建筑科学研究;2007年S1期
2 杨伦;陈彬;黄健;黄柯棣;;作战仿真中通用二维态势显示系统研究[J];兵工自动化;2007年12期
3 吴淑芳,张树仁;四叉树法生成网格的几何复杂度[J];兵工学报;2000年03期
4 孙柏涛;孙得璋;;建筑物单体震害预测新方法[J];北京工业大学学报;2008年07期
5 吴亚东,刘玉树;基于连续细节层次的地形动态生成技术[J];北京理工大学学报;2000年05期
6 高春晓,刘玉树;三维地形中基于加权框架四叉树的路径规划[J];北京理工大学学报;2002年01期
7 朱世强,武星军,林建亚;海浪模拟的三维仿真研究[J];船舶工程;1999年06期
8 张嵘;蔡洪斌;白忠建;;三维态势图中标绘箭头的实时约束变形[J];成都信息工程学院学报;2008年04期
9 向南平,周翠竹;三维GIS空间—属性信息交互查询的设计与实现[J];测绘工程;2005年02期
10 许捍卫;茆德柱;何江;;基于ArcEngine的GIS三维功能开发技术研究[J];测绘工程;2006年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张红;利用组件技术开发WEBGIS[D];四川大学;2001年
2 胡颖;基于关系数据库的空间数据对象的研究[D];福州大学;2002年
3 过志峰;基于高效空间存取机制的地理空间数据查询研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2002年
4 夏启兵;基于关系数据库的地理数据库引擎的研究与实践[D];中国人民解放军信息工程大学;2002年
5 陈天恩;基于分布式GIS的城市建筑区抗震改造决策支持系统[D];中国海洋大学;2003年
6 王净;基于COM结构的军事标图组件的设计与实现[D];中国人民解放军信息工程大学;2003年
7 丰彪;基于PC机的视景仿真技术与房屋震害演示系统[D];中国地震局工程力学研究所;2003年
8 石琼;无人机任务飞行的三维可视化[D];南京航空航天大学;2004年
9 李亚斌;大规模三维地形可视化系统的研究[D];大连海事大学;2004年
10 许敏;基于遥感信息的战场态势可视化技术研究[D];解放军信息工程大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 雍学善,余建平,石兰亭;一种三维高精度储层参数反演方法[J];石油地球物理勘探;1997年06期
2 彭力,刘金国;高分辨地震勘探技术在钱家营矿中的应用[J];中国煤田地质;1997年S1期
3 王丽彪,任家骏,吴风林,王繁生,刘英;三维弹性接触问题边界元法的研究[J];山西机械;2001年01期
4 田宜平,李伟忠,何珍文;数字城市中三维数字社区的解决方案[J];计算机工程与应用;2004年01期
5 吕敬慈,雍克岚;化石燃料的非线性可变角扫描荧光特征光谱[J];石油勘探与开发;1997年04期
6 刘卫群,黄颖青,吴长春;满足PTC的三维非协调形函数的显式处理[J];计算力学学报;1998年03期
7 曾海容,宋惠珍;利用三维有限单元格林函数反演1989年Loma Prieta地震的震源机制[J];地震学报;1999年03期
8 曹彦章,郑万仲;GPS三维联合平差的应用[J];油气田地面工程;1999年04期
9 Tatum M.Sheffied ,程晓东 ,吴川;地质体可视化解释:三维体的颜色[J];勘探地球物理进展;1999年06期
10 杨化超,杨国东;三维地面模型的可视化研究[J];世界地质;2001年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘焕乾;胡燕;曾建辉;;雷达体扫数据的三维格点化处理及可视化[A];第27届中国气象学会年会雷达技术开发与应用分会场论文集[C];2010年
2 杨欣;李建平;冯晓静;刘洪杰;刘俊峰;;苹果树苗起苗铲有限元静力学分析[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会(CSAE 2009)论文集[C];2009年
3 王瑾;李明元;汪华;;基于雷达三维拼图的强冰雹识别方法[A];第27届中国气象学会年会雷达技术开发与应用分会场论文集[C];2010年
4 宓士军;高景春;;椎体成形术三维穿刺定位导向器的设计与临床应用[A];2009“泰山杯”全国骨科青年科技创新论坛暨优秀论文评选论文选集[C];2009年
5 欧阳一鸣;刘蓓;齐芸;;三维片上网络测试的时间优化方法[A];第六届中国测试学术会议论文集[C];2010年
6 潘德明;岳沛;陈福如;周瑜莉;;声相关三维测速技术研究[A];2001年全国水声学学术会议论文集[C];2001年
7 蒋明;杨邦朝;李建辉;;LTCC三维MCM技术[A];第十四届全国混合集成电路学术会议论文集[C];2005年
8 马运声;王俊杰;郑丽敏;;三维Cu-Ln异核有机膦酸化合物的合成与表征[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
9 穆闽;张光伟;;协同标绘研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
10 陈良周;任兰花;;一种基于面模型的巷道三维自动建模方法研究[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第一卷)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 刘霞;将三维电影搬回家[N];科技日报;2009年
2 本报记者 陈凌;坚持做高端产品[N];计算机世界;2000年
3 樊江洪;山西三维 30载铺就辉煌路[N];山西日报;2000年
4 李坤;山西三维投资1.02亿涉足焦化产业[N];证券时报;2010年
5 ;三维(3D)编织 展示纺织几维空间?[N];中国纺织报;2011年
6 记者 耿诺;网上呈现三维北京 地下施工一图通用[N];北京日报;2010年
7 王张寿 张立文 本报记者 张建忠;“三维高新”耀三晋[N];经理日报;2002年
8 本报记者 李方;导航步入智能三维时空[N];中国消费者报;2010年
9 王张寿 石新忠 本报记者 张建忠;心血凝聚的丰碑[N];厂长经理日报;2001年
10 本报记者 王言;三维:打造焦作时尚新地标[N];焦作日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘浩;多尺度三维灾情场景构建与动态标绘关键技术研究[D];首都师范大学;2013年
2 唐雪海;北京市城六区三维绿量估算与分析研究[D];北京林业大学;2011年
3 宋汉斌;三维调制解调器的理论研究[D];复旦大学;2012年
4 王恒;三维音频中空间线索感知特性研究[D];武汉大学;2013年
5 朱新懿;三维颅面相似度比较的研究[D];西北大学;2012年
6 孙文邦;基于三维SDCT的视频压缩方法研究[D];吉林大学;2011年
7 赵君峤;复杂三维建筑物模型的多细节层次自动简化方法[D];武汉大学;2012年
8 马彬;基于三维镍结构防热涂层的制备及表征[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 马彬;基于三维镍结构防热涂层的制备及表征[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 郑元满;重磁三维物性实时可视化反演关键技术研究[D];中国地质大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周杨;基于Quest3D的应急预案三维自动演练系统的设计与实现[D];西安电子科技大学;2011年
2 宋金秀;八达岭林场森林植被三维绿量遥感测算[D];北京林业大学;2010年
3 胡顺玺;基于三维激光扫描仪的车辆前方行人检测研究[D];吉林大学;2011年
4 程飞;基于GPU的三维红外云背景仿真方法研究[D];西安电子科技大学;2010年
5 王伟;基于MRI的果实三维体视技术研究[D];西北农林科技大学;2010年
6 吴嘉;基于Web的三维工艺资源管理系统及公差设计管理的研究[D];北京邮电大学;2010年
7 王含锁;三维条码印刷与识别技术研究[D];辽宁师范大学;2010年
8 程宝军;矿井生产系统的三维虚拟建模及仿真技术研究[D];河南理工大学;2011年
9 宋明哲;海图作业标绘台控制系统改进设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
10 洪振刚;三维地质体建模可视计算及并行化的研究与应用[D];成都理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026