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《中国海洋大学》 2010年
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城域景观VRGIS一体化仿真平台研究与实现

马纯永  
【摘要】: 虚拟地理信息系统(VR-GIS)技术是地理信息系统(GIS)技术和虚拟现实(VR)技术相结合的新技术,是GIS技术从二维向三维甚至多维方向发展,从静态向动态发展的必然结果,是建立“数字地球”、“数字城市”关键技术之一。本论文以虚拟地理信息系统各种关键技术为研究对象,以构建出集大规模场景虚拟仿真和全面详实的三维地理信息说明于一体的软件平台为研究目标,以解决海量的和多源异构的三维空间信息数据组织、管理、实时绘制及VR、GIS无缝集成问题为主要研究内容,系统地进行了基于插件技术的软件集成方法、基于IOCP面向数字城市的3D模型数据引擎、基于GPU的虚拟城市加速渲染技术、VR与GIS无缝集成方法的研究。并根据研究成果,进行了一套面向城市/区域级大场景、多精度等级虚拟现实应用的软件开发平台——城域景观VRGIS一体化仿真平台(简称VRGIS平台)软件的研发。论文的主要工作和获得的成果如下: (1)VRGIS平台的插件式软件架构设计 采用插件式软件架构对数据管理、三维渲染和3DGIS分析等数据处理方法进行集成,可有效提高这些功能的复用能力和复用程度。针对VRGIS平台应用领域宽泛的特点,充分考虑到插件技术的高封装、可复用等优势,建立了基于层次插件架构的软件开发模型,也为虚拟地理信息系统开发人员提供了即插即用的构件,以供二次开发使用。 (2)基于IOCP面向虚拟城市的3D模型数据引擎 城市三维模型数据是VRGIS系统中重要的一个地理对象,是虚拟环境的三维空间基础。为解决视点漫游过程中数据载入不及时、数据组织需同时满足VR高效渲染与GIS分析需求的难点,本文继承了GIS软件对空间数据管理的思想,对城市的三维模型进行分层组织,对其特点分别予以分析。充分考虑了模型数据的LOD、纹理映射、精度分布不均匀等特点,创新性的提出了面向建筑物层的Precision LOD R-tree及面向地面、道路、绿化混合层的Hilbert网格索引结构,建立了城市模型数据的高效索引。基于该数据索引,利用多线程及IOCP机制实时调度三维模型数据,实现基于外存的VRGIS数据引擎。利用LRU算法,建立模型缓冲区,实现三维模型数据的无延迟载入。 (3)基于GPU的虚拟城市加速渲染 数字城市应用对三维场景高效渲染提出了新的要求。为了满足这些要求,在采用LOD、VBO、显示列表、视锥裁剪等优化算法的基础上,本论文探讨了基于GPU的遮挡剔除算法,提出了基于GPU的billboard模型渲染算法及基于GPU的标志性建筑渲染算法,实现了基于GPU的粒子系统渲染。通过综合运用以上加速算法优化三维渲染引擎,提高虚拟地理环境系统的实时绘制效率。 (4)VR与GIS无缝集成方法的研究 VR与GIS的无缝集成主要表现在数据共享和功能融合。该平台将VR数据与GIS数据统一抽象化,且继承各自的特征,对外提供统一的访问接口,并保持独自的渲染与访问模式,从而实现了VR与GIS数据的统一与共享。本文深入研讨了VR与GIS的各种结合点,以数字高程模型为基础,实现了真正的三维量算及三维矢量路径分析等3DGIS功能,并以日照系列为例,引入日照物理模型,探索了阴影分析,日照分析及基于VR场景的日照数据生成方法,在应用上具有一定的创新意义。 本论文对虚拟城市关键技术进行探索和研究,创新点如下: 1)虚拟城市海量三维模型数据引擎的构建。分析城市三维模型的结构特点,创新性的提出了Precision LOD R-tree,并与Hilbert网格索引结合,利用IOCP多线程调度机制实现了一种面向虚拟城市三维模型的高效数据引擎,解决平台对虚拟城市海量模型数据的承载问题。 2)基于GPU的Billboard群渲染与建筑体图像融合算法。本文利用GPU编程技术,实现了Billboard群的高效渲染,属于技术创新。此外,建筑体图像融合算法将场景渲染优化、信息提取、导航定位等做了有机结合,是GPU图像融合算法在虚拟城市仿真应用中一次有效的尝试。 3)虚拟城市中3DGIS的无缝集成与实现。本文将VR场景作为3DGIS分析的基础数据源,实现三维地形的真实距离测量,表面积测量及体积测量,实现了基于三维矢量的路径分析功能。另外,在VR场景中引入物理模型进行3DGIS分析,进一步推动了VR与3DGIS的无缝融合。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.9

【引证文献】
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1 赛燕燕;韩勇;赵强;;基于VRGIS平台的数字世园系统的设计与实现[J];工程勘察;2012年06期
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1 周圣川;面向虚拟城市的三维空间数据引擎设计与实现[D];中国海洋大学;2011年
2 赛燕燕;基于VRGIS平台的数字园区规划决策支持系统的研究与实现[D];中国海洋大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 付梦印,李杰,邓志红;限制搜索区域的距离最短路径规划算法[J];北京理工大学学报;2004年10期
2 付哲,周云轩,刘殿伟,董月娥;虚拟现实和G IS系统集成方法分析[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年S1期
3 黄梦龙,胡鹏;一种改进的网格索引生成方法[J];测绘科学;2004年06期
4 顾朝林,段学军,于涛方,孙毅中,陈启宁;论“数字城市”及其三维再现关键技术[J];地理研究;2002年01期
5 吴亮;杨凌云;尹艳斌;;基于插件技术的GIS应用框架的研究与实现[J];地球科学;2006年05期
6 姜学智,李忠华;国内外虚拟现实技术的研究现状[J];辽宁工程技术大学学报;2004年02期
7 何晖光,田捷,张晓鹏,赵明昌,李光明;网格模型化简综述[J];软件学报;2002年12期
8 童若锋,陈凌钧,汪国昭;烟雾的快速模拟[J];软件学报;1999年06期
9 管群,刘浩吾;VR-GIS地质景观技术研究[J];系统仿真学报;2001年S2期
10 朱琳;林学钰;宫辉力;李小娟;苏耀明;;VR-GIS技术在地面沉降研究中的应用[J];系统仿真学报;2009年12期
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1 刘玲;虚拟地理环境信息系统的技术探讨与初步应用[D];吉林大学;2004年
2 刘峰;GPU加速的云的生成和动态模拟[D];浙江大学;2005年
3 柯栋;虚拟现实地理信息系统VRGIS的研究[D];武汉理工大学;2006年
4 严海宁;虚拟现实地理信息系统的构建与应用的研究[D];南京林业大学;2008年
5 刘红波;基于插件技术的GIS应用框架研究[D];南京师范大学;2008年
6 齐永阳;VRGIS城域仿真平台的架构设计与开发管理[D];中国海洋大学;2008年
7 马淑芳;基于GPU加速的分形地形生成方法[D];大连理工大学;2008年
8 李晓萍;基于GPU的粒子系统的研究与应用[D];吉林大学;2009年
【共引文献】
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1 黄泽界;;一种远程视频监控系统的实现[J];安防科技;2008年02期
2 胡爱闽;;基于DM642的网络视频监控系统[J];安防科技;2008年09期
3 万祥云;何华刚;苏志东;;基于3DGIS的化工企业重大危险源信息系统研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年02期
4 潘健;江明;葛愿;;四自由度机械臂网络化远程控制平台的设计[J];安徽工程大学学报;2011年04期
5 张玮;;虚拟现实技术在首饰展示中的应用研究[J];安徽农业大学学报(社会科学版);2010年05期
6 刘爱华;聂宜民;王艳;岳小春;;基于3DGIS的虚拟校园系统设计与实现[J];安徽农业科学;2009年03期
7 潘健;钱铭杰;袁涛;徐劲原;夏天;杨文瑾;;土地利用规划决策与演示系统研究综述[J];安徽农业科学;2011年16期
8 青盛;;土地利用变化检测功能插件的开发与实现[J];安徽农业科学;2012年14期
9 高建;孔祥秋;高敏;;虚拟现实技术在我国太阳能行业中的应用[J];阳光能源;2009年05期
10 胡云;李盘荣;;一种改进的种子填充算法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张玉祥;李华成;马柳艺;;基于MEMS器件的交互笔运动跟踪研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
2 盛磊;于晓波;刘旨春;高策;;光电经纬仪三维视频模拟仿真系统及遮挡效果的实现[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
3 高松健;;计算机网络实时视频传输问题的分析与研究[A];2007第二届全国广播电视技术论文集2(下)[C];2007年
4 周芹;钟耳顺;黄耀欢;郭会;;大型空间数据库的并发索引策略CQR_树[A];中国测绘学会九届四次理事会暨2008年学术年会论文集[C];2008年
5 吉国杰;危拥军;侯溯源;;面向地理空间信息的三维布景技术研究[A];中国测绘学会九届四次理事会暨2008年学术年会论文集[C];2008年
6 赵伶俐;赵仁亮;朱建军;梅洋;;面向城镇化数据整合中层次索引树的研究与实现[A];中国测绘学会2010年学术年会论文集[C];2010年
7 康鑫;李科;包迎春;李强;;城市战场环境中重要地标的专题表达、应用研究[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
8 李科;游雄;杜卫国;;地理信息服务网格关键技术研究[A];第十届中国科协年会论文集(一)[C];2008年
9 张冬有;董斌;王佳;;基于虚拟现实技术的三维地形可视化系统开发[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
10 周芹;李绍俊;李云锦;马柳青;;空间数据库引擎的关键技术及发展[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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈魁奎;一种基于MapGIS的煤炭资源潜力预测方法[D];河南理工大学;2010年
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6 牛玉静;计算机光栅图形反走样基础算法研究[D];辽宁师范大学;2010年
7 周宁;基于CityGML的城市三维信息描述方法研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
8 吕艳;反走样技术和滤波技术在地图可视化表达中的应用[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 吕明;初级教练机飞行模拟器设计[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 刘小庆;农村国土调查信息提取及信息管理系统研制[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
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1 刘增良;杨军;张保钢;;面向城市规划的三维建模技术探讨与应用[J];北京测绘;2009年02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 汤晓燕;刘少军;云忠;;基于虚拟样机技术的深海采矿主动式升沉补偿系统设计[J];北京工业大学学报;2008年05期
4 李华;蔡体久;邢洪林;;区域环境噪声在线自动监测的初步研究[J];北京林业大学学报;2005年S2期
5 高俊;地理空间数据的可视化[J];测绘工程;2000年03期
6 黄梦龙,胡鹏;一种改进的网格索引生成方法[J];测绘科学;2004年06期
7 马照亭;李成名;王继周;潘懋;;海量地形可视化的研究现状与前景展望[J];测绘科学;2006年01期
8 高建新;;GIS空间数据研究[J];测绘科技情报;2006年01期
9 蒙印,林宗坚,李成名;精细3维城市建模初探[J];测绘通报;2004年12期
10 黄少华;史那;;基于VR与GIS的水利工程视算一体化系统的研制[J];测绘信息与工程;2007年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 夏浩芳;世博会城市最佳实践区游客满意度研究[D];华东师范大学;2011年
3 周圣川;面向虚拟城市的三维空间数据引擎设计与实现[D];中国海洋大学;2011年
4 张明;GPU加速的实时三维海洋漫游系统[D];大连理工大学;2006年
5 康宁;基于GPU的全球地形实时绘制技术[D];解放军信息工程大学;2007年
6 赵岚韡;世博会与城市旅游研究[D];四川师范大学;2008年
7 马淑芳;基于GPU加速的分形地形生成方法[D];大连理工大学;2008年
8 杜建丽;电子沙盘制作方法的研究[D];西安科技大学;2009年
9 车平川;基于GIS的城市公园绿地布局优化研究[D];南京林业大学;2010年
10 龚乾;西安园艺博览会与城市发展的互动关系研究[D];西安美术学院;2010年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 赛燕燕;基于VRGIS平台的数字园区规划决策支持系统的研究与实现[D];中国海洋大学;2012年
2 刘寿鑫;面向海洋虚拟现实和可视化渲染引擎的设计与实现[D];中国海洋大学;2012年
3 王华江;基于HLA的分布式虚拟装配仿真关键技术研究与实现[D];中国海洋大学;2012年
4 边少君;基于ICE的隧道仿真监控系统的设计与实现[D];中国海洋大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李睿;郭建文;严宝杰;刘光琇;;基于3S技术的宝天高速公路虚拟地理环境系统设计与实现[J];冰川冻土;2006年05期
2 邓志鸿,唐世渭,张铭,杨冬青,陈捷;Ontology研究综述[J];北京大学学报(自然科学版);2002年05期
3 郝爱民,张蓓,赵沁平;计算机虚拟北航的建造与人机交互的实现[J];北京航空航天大学学报;2000年04期
4 李翠平,李仲学,胡乃联;矿床体视化的一种空间规则体数据生成方法[J];北京科技大学学报;2002年06期
5 毕军,付梦印,周培德;一种适于车辆导航系统的快速路径规划算法[J];北京理工大学学报;2002年02期
6 付梦印,李杰,邓志红;限制搜索区域的距离最短路径规划算法[J];北京理工大学学报;2004年10期
7 袁伟志;冯仲科;;基于C#的GIS系统插件机制的实现探讨[J];北京林业大学学报;2007年S2期
8 付哲,周云轩,刘殿伟,董月娥;虚拟现实和G IS系统集成方法分析[J];吉林大学学报(地球科学版);2005年S1期
9 马华军,康宝生,徐绍禹;真实感图形生成的加速技术研究及实现[J];纯粹数学与应用数学;1999年01期
10 胡卓玮,杨国东,田静,林成文;3DGIS中3DS数据模型的可视化研究[J];吉林大学学报(信息科学版);2004年01期
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1 陈加兵;罗源湾海洋环境信息系统设计及其水环境评价[D];福建师范大学;2002年
2 李侃;基于VME的可编程插件及其在BES触发系统中的应用研究[D];湖南大学;2002年
3 季伟;三维GIS中地形可视化技术的研究[D];河海大学;2002年
4 陈丽;基于XML的知识集成中间件系统的研究与应用[D];南京航空航天大学;2003年
5 朱军;基于VRML的大型地形环境建模研究[D];西南交通大学;2003年
6 王钧;三维GIS中大范围复杂场景实时绘制技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
7 赵伟;虚拟现实中LOD技术的研究[D];山东科技大学;2003年
8 赵鸽;GIS系统的研究与开发[D];武汉理工大学;2004年
9 朱运芝;面向绘制的三维模型优化[D];浙江大学;2004年
10 张伟锋;GIS插件开发及共享研究[D];华东师范大学;2004年
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6 付哲,周云轩,姜晓轶,刘殿伟,董月娥;虚拟现实和GIS系统集成方法研究[J];测绘与空间地理信息;2005年05期
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8 杨桦;;基于VRGIS的数字图书馆信息化建设研究[J];河南图书馆学刊;2008年04期
9 陈戈;齐永阳;陈勇;马纯永;;面向城市仿真的VRGIS平台设计与实现[J];系统仿真学报;2009年02期
10 张雪鹏;陈国华;戴莺莺;张爱军;何雪涛;;基于3D的虚拟运动仿真平台设计及Virtools功能实现[J];北京化工大学学报(自然科学版);2009年04期
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1 孙英君;丁宁;蔡菲;;基于VRGIS的古遗址保护技术研究[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
2 郭华锋;刘大安;潘炜;曾钱帮;钟辉亚;刘新中;刘艳辉;程东幸;;VRGIS及其在向家坝水电站工程中的应用[A];第七届全国工程地质大会论文集[C];2004年
3 孙海鹏;;虚拟现实地理信息系统(VRGIS)技术在铁路勘测设计中的应用[A];2007年全国机械可靠性学术交流会论文集[C];2007年
4 赵中元;史琨;方艳;;积玉桥地区规划方案整合三维空间分析[A];规划50年——2006中国城市规划年会论文集(下册)[C];2006年
5 赵晓林;张爱武;孟健;;基于GeoVRML的虚拟校园景观构建与网络发布[A];中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集[C];2006年
6 朱松俭;;面向3G的基于软件无线电的仿真平台研究与开发[A];全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上)[C];2003年
7 张晓峰;张清东;王康健;黄佩杰;王欣;;冷连轧机启动轧制阶段带钢张力的动态仿真[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
8 陈海东;赵雯;费智婷;张灏龙;鄢宁;;分布式仿真平台及其在武器攻防对抗中的应用[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年
9 马永明;陈平;刘万超;祝成;孙佳佳;;基于MATLAB的输电线路故障行波仿真平台[A];中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集(下册)[C];2008年
10 宋元;许林周;章新华;;面向多源信息融合的舰载声纳仿真平台设计[A];2009年全国水声学学术交流暨水声学分会换届改选会议论文集[C];2009年
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1 胡海霞;502所 通用数学仿真平台助力“神舟八号”方案复核复算[N];中国航天报;2011年
2 凌曼文;国有企业级协同仿真平台问世[N];中国计算机报;2007年
3 束洪福;尖端技术并非大企业专属品[N];科技日报;2007年
4 郑持辉蓝图;重庆沙坪坝疏缓交通拥堵 三维仿真平台派上大用场[N];中国测绘报;2008年
5 戴劲松;中核集团成功研制核电仿真平台[N];中国企业报;2008年
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8 金利;复杂产品协同设计仿真平台关键技术研究与应用[N];科技日报;2007年
9 夏效生 本报特约通讯员 赵凌宇;空军新战机:维修训练在仿真平台进行[N];中国国防报;2004年
10 杨晓帆;好技术助力科技创新[N];北方经济时报;2006年
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1 马纯永;城域景观VRGIS一体化仿真平台研究与实现[D];中国海洋大学;2010年
2 黄宝香;基于VRGIS的城市噪声三维分析模型及可视化评价研究[D];中国海洋大学;2011年
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4 卢文龙;城市轨道交通应急疏散的研究[D];中国铁道科学研究院;2012年
5 朱元昌;分布式防空武器系统仿真平台及关键技术研究[D];南京理工大学;2004年
6 赵凛;基于“前景理论”的出行决策模型及ATIS仿真实验研究[D];北京交通大学;2007年
7 潘天红;基于局部学习策略的非线性系统多模型建模与控制[D];上海交通大学;2007年
8 何保华;水轮发电机组转子动平衡数值仿真[D];华中科技大学;2009年
9 周伟;异构网络中的移动管理和安全机制研究[D];中国科学技术大学;2009年
10 林瑞仲;面向目标跟踪的无线传感器网络研究[D];浙江大学;2005年
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1 张宇鸥;基于VRGIS的数字农区管理系统研究[D];南京农业大学;2010年
2 蔡智聪;VRGIS平台的设计与实现[D];北京化工大学;2012年
3 赛燕燕;基于VRGIS平台的数字园区规划决策支持系统的研究与实现[D];中国海洋大学;2012年
4 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
5 李成;VRGIS在城市设计中的应用[D];清华大学;2010年
6 祝莎莎;面向VRGIS的虚拟现实项目过程管理的研究及应用[D];中国海洋大学;2010年
7 舒鹤飞;基于VRGIS的溢油预报技术的研究[D];大连海事大学;2010年
8 王娜娜;基于VRGIS平台的规划管理与决策支持系统的研发与实现[D];中国海洋大学;2010年
9 周志永;基于VRGIS仿真平台的城市噪声分析与评价系统的研究与实现[D];中国海洋大学;2011年
10 康宁;基于VRGIS平台的防洪减灾辅助决策支持系统研究与实现[D];中国海洋大学;2011年
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