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地理信息三维可视化系统应用研究

吕志慧  
【摘要】: 近年来,随着计算机技术、遥感技术、摄影测量技术及其相关技术的飞速发展,现有的地理信息系统主要集中于描述二维空间信息,将实际的三维事物采用二维的方式表示,具有很大的局限性,大量的多维空间信息无法得到利用,这就需要研究地理信息三维可视化系统。地理信息三维可视化系统,从八十年代末以来,一直就是研究热点,其研究范围涉及数据库、地理信息系统、地理信息可视化、计算机图形学、虚拟现实等多门学科。它的研究对象是三维空间,必须能对与三维对象相关的信息进行建模、表示、管理、操作、分析和决策。地理信息三维可视化系统所处理的对象从二维转变到三维,不只是数据量的增大,更重要的是会导致出现很多不同的对象类型和空间关系。因此,对地理信息三维可视化系统进行研究,不是对二维地理信息系统的简单扩展,而是从空间模型分析到空间数据库的结构直至三维数据的可视化,都必须进行系统的研究。 地理信息系统、地理信息可视化、三维显示技术、空间数据处理以及面向对象程序设计方法等都是研究开发地理信息三维可视化系统的前提和关键。本文在系统分析国内外地理信息三维可视化系统应用的基础上,根据面向对象的程序设计方法,对上述理论和技术进行了详细的探讨。提出了地理信息三维可视化系统的应用研究模型,并给出了地理信息三维可视化系统的总体设计方案。在此基础上,分别对地理信息空间数据获取、数据的误差分析以及数据库设计等进行了系统分析。并基于OpenGL图形库,采用面向对象技术以及模块化程序设计方法,完成了以郑州大学工学院为实体的地理信息三维可视化系统。本文主要内容包括: 1.通过分析国内外的地理信息三维可视化系统的研究应用情况,提出了地理信息三维可视化系统的应用研究模型。指出传统的地理信息系统是地理信息三维可视化系统研究的基础;地理信息可视化彻底改变了传统地理信息只能借助于文本、图形和表格来表示和传输空间信息的单一方式,它可以实现地理数据的可视化、形象生动的专题地图表达方式、可视化查询方式、空间分析结果的可视化描述、地图动画以及地理信息的三维可视化表示等功能;三维显示技术则是地理信息三维可视化研究的核心内容,也是传统的二 郑州大学硕士学位论文 摘 要 维地理信息系统向三维地理信息系统发展的关键所在。 2.根据国内外地理信息三维可视化系统研究的特点,提出了具体的系 统开发方案,并分析了系统各部分的功能。指出空间数据的数据库设计、基 础地理信息系统平台以及三维可视化软件的选取是设计开发整个系统的关 键。针对地理信息空间数据的内容多、数据量大、涉及领域广等特点,提出 了相应的数据库设计方法;并对地理信恩系统基础平台进行探讨,提出了采 用功能强大、简单易用的Maplnfo桌面地图信息系统作为地理信息三维可视 化系统基础平台的方案;同时对当前应用最广泛的三维可视化软件openGL、 VRML、Java 3D进行了详细分析。 3.鉴于空间数据的处理是地理信息三维可视化系统建设的核心,占整 个系统厂发工作量的75%,直接决定了地理信息三维可视化系统开发的成败, 本文对空间数据的采集方法、数字化过程进行了分析,提出了地图扫描矢量 化具体流程,并详细分析了在空间数据的处理过程中从原始地图准备到空问 数掘入库,包括地形图编绘、预处理、细化处理、矢量化、图形编辑以及图 形输入、输出等多个阶段所产生的误差,提出了具体的误差控制方法。 4.对目前主流的三维可视化软件openGI。、VRML. Java 3D进行分析比 较,指出采用openGL软件作为地理信息三维可视化系统的三维可视化软件 是最可行的,并详细阐述了OPenGL的基本原理、函数使用方法、动画技术, 以及利用openGL进行地理信息三维建模的功能流程,提出了openGI。技术在 地理信息三维可视化系统中的具体应用方案。 5.分析了地理信息三维可视化系统的特点和社会各行各业的需求,进 :行了系统分析和系统设计。本文充分利用Maplnf。地图软件的矢量化功能。 openGL的图形函数以及Visual Basic 6.0的系统集成功能,将地理信息三 维可视化系统的空间数掘和属性数据有机地结合在一起,井进行相应的二维 地理信息系统设计、三维建模以及三维地理底息系统系统集成等工作。最终, 采用面向对象技术以及模块化程序设计方法,基于M叩毗 平台、帅m(儿 三维图形标准,利用可视化编程工具研究开发了以郑州大学工学院为实体的 地理信息三维可视化系统。 按本文提出的地理信息三维可视化系统的开发思路,经过反复实践,最 一11 一 3


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