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《中南大学》 2003年
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道路线路实时动态三维可视化设计理论和方法的研究

宋占峰  
【摘要】: 线路设计是一项涉及多个专业的综合性规划设计工作。设计者需要对地形、地质、水文等自然条件进行分析,以便设计出满足政治、经济、技术等各方面要求的道路线路。由于线路空间位置的确定依赖于设计人员对自然条件的分析,所以线路设计相对于其它许多工程设计而言,对自然环境有更强的依赖性。因此,在设计过程中,设计者如果能够实时观察到道路的虚拟三维环境并且融入该环境中进行动态交互查询,无疑会对优化线路位置,提高设计质量有着重要意义。 本文对道路线路实时动态三维可视化设计所涉及的核心理论和关键技术进行了研究,从建模和算法方面提出了一整套方法并予以实现。 主要研究内容及研究成果如下: 1)基于Delaunay三角网理论,提出并实现了整体构建三维地形模型的综合算法。该算法针对逐点插入算法和分治算法的优缺点,取长补短,既不会深度递归,占用大量内存,又有较好的时间效率。推导证明了综合算法在一般情况下的时间复杂度为O(N),最坏情况下的时间复杂度为O(N log N)。测试表明,建网速度在PIV微机上达到了70000个三角形/秒。同时提出了快速定位三角形的直线方向定位算法,该算法与一般方向定位算法相比,具有搜索路径唯一,运行稳健的特点。 2)应用约束Delaunay三角网(CDT)理论,提出了构建CDT的动态算法,提出在约束条件已知的情况下,应尽早嵌入约束边。与传统构建CDT的“两步法”相比,具有速度快,点集可以动态扩充的优点。同时应用动态构建CDT算法的思想,巧妙地解决了删除落在道路设计面区域内地形点的问题,将道路设计面与地表面整体建网,构建了道路整体模型。 3)由于路线三维实体模型的复杂性,使得这一场景的计算、显示及存储均要耗费巨大的时间和空间,这使得我国以往在道路三维可视化技术方面的研究只能停留在最终设计成果的表达上而难以融入设计的过程中。为此,针对道路场景宏大的特点,本文从道路整体模型的简化技术入手,提出了视相关动态网格化方法,实现了道路整体模型的视相关动态简化和细化。该方法能在保证模型具有较好的视觉效果的前提下,大大降低模型的复杂度,从而达到道路景观实时可视化的要求。 4)综合应用三维空间观察原理和真实感图形绘制技术,基于OpenGL实现了道路真实感场景的实时动态浏览。同时基于三维观察原理,开发了照相机类,不仅实 中 南大学博士学位论文 现了三维实时漫游命令,如前进、后退、左转、右转等,并且通过照相机类可以得 到如视点位置、视线方向等视参数,从而可以对道路整体模型进行视相关的模型简 化。 5)研究了在三维场景中进行属性查询的一些关键技术,解决了由投影坐标快速 解算对应的模型空间坐标,为实时空间查询奠定了基础;基于 OpenGL的对象选定 技术,实现了三维场景中属性信息的实时查询。应用三维可视化与空间查询技术, 将其与平、纵、横设计融为一体,便于在设计过程中考虑道路和环境的相互影响、 判别道路行车的视觉条件,从而提高路线的设计质量,同时为方案的评审提供更加 有力的依据。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:U412

【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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