利用DEM数据绘制等高线的自适应算法

数字高程模型(DEM)近年来发展迅速,地形数据越来越多地采用这种模型存储.利用DEM数据绘制地形等高线,是实现地形可视化的重要方法.文中提出了一种利用DEM海量数据自适应地绘制地形等高线的算法.该算法执行效率较高,对计算机硬件配置要求较低.     

利用DEM数据绘制等高线的自适应算法

数字高程模型(DEM)近年来发展迅速，地形数据越来越多地采用这种模型存储。利用DEM数据绘制地形等高线，是实现地形可视化的重要方法。文中提出了一种利用DEM海量数据自适应地绘制地形等高线的算法。该算法执行效率较高，对计算机硬件配置要求较低。     

基于分形理论的DEM数据内插算法研究

本文利用分形理论与分形布朗运动原理,提出了基于子分形维数的随机中点位移内插算法,并采用不同的插值比系数来有效避免插值点附近的"尖峰现象"。应用该算法对研究区内的低分辨率数字高程模型(DEM)格网数据进行了内插计算,结果显示内插精度有一定的提高,同时生成的地形起伏平稳,并且能较逼真的反映地形表面的细节。     

一种人工数字地图的生成算法及其仿真研究

人工数字地图是地形辅助导航系统的重要组成部分.针对实际地形的特点,将人工数字地图的生成过程分成整体骨架的构建与局部细节的调整两个环节.在整体骨架的构建过程中以地形的统计特性为依据,用地形起伏均方差描述某区域地形偏离地形均值的程度,用抗相关距离描述地形点之间相关程度;在局部细节的调整过程中对分形自适应地形生成算法作适当改变,根据地形的斜率信息获取线性化的等效网格距离,并取代随机位移模型.仿真结果与真实地形的统计特点基本吻合,表明该算法能较好地模拟真实的地貌.     

OpenGL和分形算法在地形绘制中的应用

地形绘制是三维场景绘制的重要组成部分。本文研究了在分形算法和OpenGL基础上的三维地形绘制。运用分形插值算法生成高程数据,并做平滑处理,在对高程数据着色后利用OpenGL纹理映射技术实现三维地形的绘制输出。上述方法的实验结果取得预期效果,基本符合工程需要。     

大规模多分辨率地形实时绘制算法研究

为解决海量地形数据无法实现直接、连续地实时绘制的问题,根据小波分析的特点,提出了基于小波分析的多分辨率地形模型生成算法.该算法利用小波分析对数字高程模型(DEM,digital elevation model)数据进行简化压缩,采用四叉树结构来表示地形,构建视点相关多分辨率地形模型.实验结果表明,该算法使需要的地形数据量大为减少,能高效地生成地形的多分辨率模型,并且地形的逼真程度高.因此,该算法结构简单、便于实现大规模地形实时绘制.     

基于聚类和动态LOD的三维地形建模方法

为提高基于DEM高程数据的三维大地形绘制效率,提出基于K-means聚类和动态LOD的三维地形建模方法。对高程数据集使用K-means聚类分析方法,发现地形数据的自相似性,建立数据采样点与地貌特征分类的自动关联;依据采样点的地貌属性值完成粗化处理,构建不规则三角网模型;采用局部优化算法进行有限域内的三角形分裂以实现三角网的动态更新,结合克里金插值法实现插入点的精确计算,形成LOD层次细节多分辨率模型。实验结果表明,该方法对不同类型地形都获得了较高的数据简化率,提高了三维模型的绘制效率,具有较好的地形特征保持性。     

基于测绘数据构造三维地形表面

给出了传统几何建模理论与分形理论相结合的地形生成算法来进行地形绘制.分形理论中的随机中点位移法能够随着迭代深度的加大生成地形的细节,传统的三角剖分与高斯小波函数插值可以保证构造地形表面的真实感.将这两种方法结合,可以充分发挥这两种算法的优点,既可以控制地形的真实感,又能显示地形的细节.实验结果表明,该算法实现简单,真实度高,适用于大规模地形的三维可视化.     

基于多尺度DEM的雷达仿真图像生成

为了改进目前应用于雷达仿真图像生成的数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)中存在的不足,引入"不规则地形起伏参数"来动态调整生成DEM的采样间隔和密度,并根据导航雷达的方位和距离分辨能力,建立了基于多尺度DEM雷达仿真图像生成方法.应用结果表明,该方法对量程范围内、外的地形模型数据采用了不同的分辨率,所生成的仿真图像近处细节逼真,远处显示地形轮廓,大大提高了各种量程下的雷达图像生成速度,该成果已经应用于雷达模拟器的研制中.     

数字高程模型数据整数小波水印算法

提出了一种高效、安全的数字高程模型(digital elevation mode,简称DEM)数据小波水印算法,以解决DEM数据版权保护和限制非法使用的问题.在理论上,基于提升理论构造了一种包含自由变量t的紧支撑小波,选取参数t=1的9/7整数小波基,只需要整数加法和移位实现,运算量低,便于硬件实现.提出可嵌入水印的小波系数集生成方法,扩展了基于视觉系统(HVS)小波域量化噪声的视觉权重(JND)分析方法,使其适用于DEM数据,并能够自适应地确定水印嵌入的强度.该算法在保证地形形状和起伏特征的前提下,提高了水印的鲁棒性.应用Rabin方法生成的单向Hash函数,水印算法可以完全公开.     

基于分形维数的地表模型多分辨率动态绘制

以基于分形维数的树状结构组织三维地表网格模型,实现了与视点相关的连续多分辨率地表模型简化及实时绘制.算法分为预处理和实时绘制两个阶段.在预处理阶段,通过分形维数评价地表的复杂度,建立自适应的树状结构,计算出所有顶点的误差值.在绘制阶段,则根据视距、视角等因素动态地确定需保留的顶点集,并采用受限四叉树方法实时三角化得到所需分辨率下的三角网格近似模型.该算法具有两个优点:一个是地表模型的分层区域划分考虑了地形本身的复杂度;另一个是建立了视点相关各参数与所采用的分辨率表示的直接关系.实验表明,此算法简单、有效,支持对地表模型的交互式实时动态绘制.     

A Fractal Method for Digital Elevation Model Construction and its Application to a Mountain Region

This paper presents and discusses the results of a methodology for the construction of Digital Elevation Models (DEM), based on mathematical principles of fractal geometry. Classical approaches to DEM are founded on numerical methods of interpolation or approximation of data extracted from contour lines of standard topographic maps. Fractal geometry opens a new and innovative approach in which the irregularity, erraticity and self similarity of fractal structures mimics at best the typical behaviour of high mountain profiles. The adoption of fractal methods requires the identification of the fractal dimension D for a given data set. The determination of the fractal dimension D can be achieved applying some special mathematical method on finite set of samples. Different methods. for D estimation are presented. Once the fractal dimension is given, it is possible to reconstruct a surface relief using different fractal methods which interpolate the original set of elevation data. Our research has also investigated two different interpolation methods, fBm and IFS, both confirming that the fractal approach is very well suited for high relief terrain modeling. Photo realistic rendering of the computed DEM allows to appreciate the quality of the reconstruction through visual inspection.     

基于分形几何的空间多面体变形法在三维地表插值中的应用

在由立体像对生成数字高程模的过程中,由于匹配算法的限制和地物之间的相互遮挡,经常不能直接恢复出所有点的高程数据,因此采用某种插值算法由已有的有数值 得到更为稠密的地表三维数据,便成为建中一个不可缺少的重要环节。     

COMPUTER GRAPHICS AND REMOTE SENSING – A SYNTHESIS FOR ENVIRONMENTAL PLANNING AND CIVIL ENGINEERING

This paper presents efforts undertaken in the field of photo-realistic visualization of natural landscapes using digital elevation models (DEM) and images generated by remote sensing techniques. The remote sensing systems used in this work include Landsat Thematic Mapper, SPOT HRV and aerial photographs. After an appropriate preprocessing, including radiometric corrections and image enhancement procedures, a precise geometric correction is performed in order to achieve a very high co-registration of the images with the elevation model. A mosaic of several images at various resolutions is stored together with the DEM in a data set covering an extensive area. These data are then input to an efficient hardware-independent terrain rendering algorithm based on a forward projection. Atmospheric effects can be simulated. The concept of a virtual scene allows an automated embedding of raytraced 3D objects. The results show that these methods can be used in the field of environmental planning, civil engineering and other applications where terrain visualization is required.     

Generation algorithm of grid model for complex terrain based on geodetic coordinate data transformation

Grid model construction is one of the preconditions for computational fluid dynamics (CFD) simulation. As many environmental accidents or unfavorable incidents occur in complex real terrain circumstances, corresponding grid model generation algorithm for scenario simulation has become a hot research field. The digital elevation model (DEM) is common for three-dimensional terrain modeling. DEM data usually consist of a certain number of geodetic coordinates, however, CFD preprocessing platform can't identify geodetic coordinates directly. In this paper, firstly an algorithm of coordinate transformation was proposed, which could convert geodetic coordinates to Cartesian coordinates in the form of length (x), width (y) and height (z). Secondly, another algorithm that generates a complex real terrain grid model was recommended based on the algorithm mentioned previously, which could import converted terrain data into a gridding platform for constructing the CFD terrain grid model. Experiments’ results showed that the terrain grid algorithm obtained through the combination of the two algorithms is highly geometrically consistent with real terrain. The algorithm provided by this study could give a more reliable and convenient basis for the application of CFD fine simulation in real complex terrain.     

大规模真实地形数据中的全局路径规划方法——基于遗传算法的研究

对基于遗传算法进行路径规划的方法进行了研究，重点在于解决基于真实数据据集进行路径规划时间问题的可解性及提高求解效率，与以往的一些方法的不同之处在于：一方面规划的数据集是根据大规模真实的地形数据构建的，其中包括高程数据和表示各种景物的文化特征数据；另一方面在遗传算法提供了全局求优的机制下，在染色体的编码，初始群体的产出和各种遗传算法中加入了相关的知识，使得该算法具有较好的求解局部问题的方法，提出了遗传算法求解实际的路径规划问题的能力和效率。     

屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制

为了在大规模真实感地形渲染中利用GPU硬件加速的Tessellation技术,在对地形Tessellation原理分析的基础上,提出一种屏幕空间自适应的地形Tessellation绘制算法,实现了在GPU内部对地形模型的三角形自适应细分。该算法采用Tile和Patch的形式对地形数据进行分层组织,在CPU和GPU上分别以Tile和Patch为基础实现地形LOD(level of detail)的自适应简化;提出在Hull Shader上基于Patch边界的细分系数计算模型,确保了Patch细分时的无缝连接;给出了Domain Shader上置换贴图的处理过程,以实现细分顶点的高程纹理映射;并且采用了两级视锥体裁剪机制,减少了渲染数据的冗余量。实验结果表明,该算法具有较好的屏幕空间自适应性和渲染性能,能够在输入粗糙网格的基础上,渲染输出高分辨率几何细节特征的地形模型。     

大规模地形真实感渲染技术研究

针对快速增长的数据规模和计算机图形硬件处理能力之间的矛盾,对大规模地形真实感渲染技术进行研究。采用基于四叉树的层次细节算法渲染大规模地形,设计四叉树地形的存储结构,以视距和地形粗糙度的双重标准确定地形节点的细节程度,给出利用裙边修补裂缝的方法。实验结果表明,该技术能快速实时地完成大规模地形数据的调度和场景的真实感渲染。