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《中国科学院研究生院(遥感应用研究所)》 2004年
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3DGIS中大数据量场景可视化研究

陈永康  
【摘要】:近年来随着数字地球的提出,数字城市的发展正方兴未艾。无论是数字城市还是数字地球都需要作为空间信息处理平台的GIS强有力的支持。数字地球涉及的空间数据是多维的,要求GIS能够处理多维信息,因此3DGIS已经成为当前GIS发展的一个重要方向。可视化是GIS固有的特征,可视化是信息的集成,为人脑认识世界提供了一个立体环境。可视化的效率与质量影响着认知的状态和深度,因而追求高水平的可视化是3DGIS的必然要求。然而数字地球涉及的是纷繁复杂的对象,包含的信息是的海量数据,如何构建一个能够表现如此庞杂场景的可视化环境成为了3DGIS所面临的巨大挑战。因为可视化对象的庞杂就要求可视化过程中能够处理庞大的场景数据,而且还要保持相当高的场景逼真度。传统的GIS可视化技术与方法显然对此无能为力,引入新的理论与技术成为必然。 对于大数据量场景的可视化,应当从两个方面进行考虑:一是减少“不必要”的数据,它是通过研究减少可视化对象本身模型表达中的“冗余”来实现的。具体就是研究模型的简化。另一方面增加可视化过程中的单位时间信息表达量。它就是通过研究增加可视化的效率,即增加绘制的速度来实现的。这是一种用时间换空间的方式。它包括了可视化加速的软件机制和硬件机制。 从这两个方面入手,在前人的研究基础上,本文试图对于地理空间的可视化对象模型简化方法做出进一步的改进。针对地形的简化提出了基于四叉树的兼顾自然特征和用户自定义特征的模型简化规则,并巧妙地将三角形二又树与四叉树结合实现对三角化中裂缝的处理。同时还研究了基于缓冲区机制的场景数据组织与管理。对于树木等植被的可视化,本文提出了用线画模型、billboard模型和符号化模型等三个层次LOD模型来表达的方式。使得数据量大为减少。 空间数据的搜索是影响场景绘制的重要过程。R树是常用的空间数据索引结构。本文指出了前人在此方面研究的不足之处,提出了新的R树结构和算法。实验证明搜索效率具有较大改善。 绘图硬件是可视化的物质基础,硬件资源的利用程度对场景绘制具有直接的影响。本文研究了在特定硬件条件下如何充分利用资源,发挥其加速功能,并通过实验予以证实。 摘要 场景可视化的目标是要获得真实“还原”的世界,可视化的研究不能放弃这 一主旨。而真实感的场景绘制离不开光照的渲染。本文比较了常用的Phong光照 模型与BRDF光照模型的区别。并研究了如何将基于多角度遥感的MJSR数据应 用于实际的BRDF光照模型中。 最后结合863课题,以数字淄博为例,基于OpenGL图形引擎开发了实用 的三维可视化核心组件,并实现了一个基于网络分布式的可视化实验系统,可以 进行大区域范围的场景浏览。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(遥感应用研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P208

【引证文献】
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1 闵阳;;数字铁路系统中三维可视化的研究[J];铁道勘测与设计;2010年04期
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【共引文献】
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5 张宗可;许矿华;陈鹏;;TIN的生成方法与应用研究[A];河南地球科学通报2010年卷(下册)[C];2010年
6 袁玏;;基于ArcIMS的房产信息发布系统的设计研究[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十五次学术交流会论文集[C];2011年
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8 傅新;刘高焕;黄翀;刘庆生;;人工堤坝影响下的黄河三角洲海岸带生态特征分析[A];全国地质制图与GIS学术论坛论文集[C];2011年
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10 季素;赵玮;;地理信息系统在宣城配网中的应用及维护[A];第四届安徽科技论坛安徽省电机工程学会分论坛论文集[C];2006年
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10 郑光辉;江苏部分地区土壤属性高光谱定量估算研究[D];南京大学;2011年
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6 冯幼贵;基于GIS的矿山开采地表移动与变形预计[D];山东科技大学;2010年
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【同被引文献】
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2 尹连旺,李京;GIS中基本要素的无级比例尺数据处理技术研究[J];北京大学学报(自然科学版);1999年06期
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10 谭仁春,江文萍,杜清运;三维GIS中建筑物的若干问题探讨[J];测绘工程;2003年01期
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10 周丽琨;虚拟现实系统中不规则形体的几何表现[D];武汉理工大学;2003年
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【二级引证文献】
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1 傅文棋;范凯博;曹坤;;三维GIS的空间认知浅析[J];北京测绘;2012年02期
2 王昌翰;;TerraExplorer Pro和ArcGIS Engine三维GIS系统设计与实现[J];测绘科学;2010年05期
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9 伍晓阳 易清 杜丽娜;数字农业:靠信息种地[N];经济日报;2005年
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7 余辉;医学知识获取与发现的研究[D];天津大学;2003年
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9 孙伟;地下管线探测数据处理及可视化技术研究[D];解放军信息工程大学;2012年
10 刘振平;工程地质三维建模与计算的可视化方法研究[D];中国科学院研究生院(武汉岩土力学研究所);2010年
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2 于伟;可视化数字界面的视觉传达设计研究[D];浙江农林大学;2012年
3 王伟臣;电力系统在线安全分析的可视化与并行计算技术研究[D];天津大学;2010年
4 耿学彪;景观艺术可视化研究[D];山东大学;2013年
5 李晓静;黄河可视化防汛预案管理系统的设计与实现[D];解放军信息工程大学;2008年
6 姜健;基于空间模糊聚类的可视化变量施肥决策系统[D];吉林农业大学;2011年
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