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三维地体数值拟合方法研究

李多显  
【摘要】:随着计算机技术、遥感技术、地球物理学以及相关技术的飞速发展,地理信息系统已经在社会各行各业得到了广泛的应用。人们所生活的空间是三维的,但是现有的地理信息系统都是基于二维空间信息的,具有很大的局限性。它将三维的对象采用二维的方式表示,不可避免将会有大量的空间信息无法得到利用。在地质学研究上,所研究的对象都是三维的,并且在人们的脑海中很难有对地质对象的准确印象。因此,对地质对象进行可视化,不仅能清晰的表达和显示各类地质对象的特征以及它们的空间组合规律,还可使地质学工作者直观地看到地质现象的几何形态、相互关系和分布,从而准确的发现问题,分析问题。这就需要我们对三维地理信息可视化进行研究。 三维地理信息可视化涉及到地理信息系统、地理信息可视化、计算机图形学、三维显示技术、数据库、虚拟现实等多门学科。对地质对象进行可视化有其自身的特殊性。地质三维数据采样很困难,采样费用很高,通常只能获取少量稀疏的采样数据。而这些采样数据很难准确地表达地质对象的真实状况。这就需要我们通过对采样数据进行科学计算,以获得更多的近似数据。 本文首先分析了三维地理信息可视化的研究意义、发展现状、应用前景和当前面临的困难,接着阐述了三维地理信息可视化的基础理论和三维数据模型,之后对二维中的双三次样条向三维进行推广,得出一个基于规则数据的三三次样条函数,并采用乘积型的计算方法,将三元问题转化为一元问题对三三次样条函数进行求解。 本文还对目前主流的三维可视化软件OpenGL、VRML、Java 3D进行了分析,指出采用OpenGL作为三维地理信息可视化软件的可行性,并详细阐述了OpenGL的基本原理与方法以及其在三维地理信息可视化中的应用方法。 本文在最后采用面向对象分析与设计方法开发了一个地质方面的应用实例,并将三三次样条在其中进行应用。该实例采用三层结构,利用标准模板库(STL)实现各模块间的数据通讯,从而使系统具有 WP=4 较好的可维护性和可扩展性,为进一步的研究工作提供一些参考。


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