城市虚拟地理环境的研究与实现

虚拟地理环境是一种新的地理学语言,城市虚拟地理环境是虚拟地理环境在城市中的应用。以遥感影像为数据源,通过TIN(Triangulated Irregular Network)模型和CSG(Constructive Solid Geometry)模型集成生成城市虚拟地理环境,采用TIN模型描述地形,CSG模型描述建筑物,通过提取建筑物地面轮廓作为TIN模型的限定约束条件,构建城市虚拟地理环境的三维景观,实现城市三维空间信息的共享。     

煤矿地质三维可视化的研究与应用

利用SQL Server 2005为数据库,采用先进的TIN数字高程模型、VC＋＋面向对象技术和多媒体建模方法作为前台开发工具,利用不规则三角网Delaunay算法自动生成标准的TIN三角网地形,通过OpenGL强大的三维处理和显示引擎,实时、动态生成各种矿井实体,再现井上下真实的三维场景,构建三维可视化应用,实现了煤矿三维可视化系统。     

TIN构建算法的研究及OpenGL下三维可视化

论文对TIN的构建算法进行了研究,提出了一种基于自适应分块建立网格索引的算法。借助于该算法的特点得出了一种空外接圆判断的简易表达式,简化了TIN的优化过程,提高了构网速度。同时在OpenGL开放式三维环境下,进行光照渲染等处理,实现了地形的三维可视化。     

加速的QTA地形可视化算法

四叉树图集光线跟踪算法（QTA）是一种高效的平面地形可视化算法,在地形渲染相关的许多应用中（如矢量数据、谷地检测、等高线绘制等）都可以增加系统渲染速率。在QTA基础上,通过简化其中CRC算法的分支判断,引入新的屏幕误差控制策略,提出了一种新的光线投射地形可视化算法,同时对QTA中光栅化部分也进行了优化。该算法易于实现,且突破了原QTA算法只适用于平面地形的限制,算法实现了球形地形的可视化。实验结果验证了这一点,同时实验还显示,算法在不损失精度的情况下,具有更高的渲染速率。     

TIN构建算法的研究及0penGL下三维可视化

论文对TIN的构建算法进行了研究，提出了一种基于自适应分块建立网格索引的算法。借助于该算法的特点得出了一种空外接圆判断的简易表达式，简化了TIN的优化过程，提高了构网速度。同时在OpenGL开放式三维环境下，进行光照渲染等处理，实现了地形的三维可视化。     

基于Shader的CSG几何体的实时渲染

传统基于CSG(构造实体几何)布尔运算的建模和运算过于复杂,使用布尔运算合成一些复杂的几何实体时会增加运算量,并且运算效率低.针对以上问题,提出基于Shader的CSG几何体的实时渲染,建立CSG基元模型,解析布尔表达式后,应用Shader对几何图形进行布尔运算的实时渲染,克服了传统基于CSG布尔运算下稳定性不足的问题...     

基于Bowyer-Watson三角网生成算法的研究

不规则三角网（Triangulated Irregular Network,TIN）在表示地形的形态方面具有较好的表现,其生成算法一直备受关注。讨论了三角网的数据结构的设计,采用逐点插入算法中的Bowyer-Watson算法思想为研究重点,设计并实现了该算法,对算法实验过程中可能出现的交叉现象进行分析,给出算法的改进。该改进算法已用于地形的可视化建模中,获得了较好的效果,对于三角剖分的相关研究具有一定的价值。     

动态地形可视化算法－IDTRA

动态战场地形可视化主要研究动态战场地形仿真中动态地形实时三维渲染的方法。动态战场地形仿真能够提高战场环境仿真的可信度和逼真度。在DEXTER-ROAM算法的基础上提出了一种改进的动态地形ROAM算法－IDTRA,IDTRA把视景剔除阶段分两步来执行：第一步使用地形块进行粗剔除,第二步使用菱形进行细剔除。针对目前动态地形可视化实现方法的不足,基于OGRE渲染引擎设计了支持三维战场可视化的演示系统。最后通过炸弹攻击坦克分队的过程演示了动态弹坑的可视化,验证了算法的可行性。结果表明IDTRA算法,在显示速度和效果方面都能够满足动态战场地形可视化的要求。     

基于Mipmap的大规模地形绘制算法与仿真

研究大规模地形与纹理数据动态可视化算法与仿真问题。针对大规模地形与纹理数据动态可视化实时显示难题,提出一种基于Mipmap的大规模地形动态绘制算法,实现模型数据库组织与管理的高效性、场景调度的实时性,以北京市地形数据为仿真模型,实现大规模地形与纹理数据动态可视化算法与实时仿真。上述算法在Mipmap技术的基础上,首先利用双线性内插算法把离散的原始数据生成规则网格DEM,然后采用四叉树结构的LOD算法简化海量地形和纹理数据,最后使用四队列分页调度、基于视域的LRU算法释放内存、多线程并行处理的场景优化策略来进行动态调度和绘制。结合OSG和Open GL渲染引擎,将基于Mipmap的大规模地形绘制算法应用在北京市地形绘制中,仿真结果表明,上述算法比传统的CLOD地形瓦片绘制算法,具有更快的渲染绘制速率,并且能够快速绘制北京市地形数据和在不同场景下进行快速浏览。     

基于非流形几何与特征树的异质材料实体可视化方法

提出一种异质材料实体可视化的方法．采用边界曲面细分技术减小材料分布的突变视觉效应;在不损失渲染质量的前提下,采用自适应曲面细分和冗余曲面滤除方法解决异质实体可视化效率差、难以实时显示的问题．给出了详细的异质实体边界网格生成算法,以显示异质实体的外部几何信息及其内部材料组分的三维分布．该算法采用基于特征树的曲面网格自适应细分策略,通过对异质实体特征树的拓扑结构分析来判定待渲染曲面的材料分布特性,仅对确实需要细分的曲面进行额外的网格细分,有效地减小了实体渲染中所需的计算量;利用非流形异质实体的表征方法,采用冗余曲面滤除方法直接滤除非相关的边界曲面,以满足实时可视化的要求．该方法已用于异质实体建模软件CAD4D中,实验结果表明,其可有效地实现异质实体的实时可视化显示．     

Expression and Visualization of Cloverleaf Junction in a 3-Dimensional City Model

Seldom research work has been conducted on cloverleaf junction expression in a 3-dimensional city model (3DCM). One apparent reason is that the cloverleaf junction is often in a complex and enormous construction. Its main body is bestraddle in air, and has aerial intersections between its parts. This complex feature makes cloverleaf junctions quite different from buildings and terrain, it is therefore difficult to express this kind of spatial objects in the same way as for buildings and terrain. In this paper, authors analyzed spatial characteristics of cloverleaf junction, proposed an all-constraint points triangulated irregular network (TIN) algorithm to partition cloverleaf junction road surface, and developed a method to visualize cloverleaf junction road surface using TIN. Accordingly, an appropriate data structure for cloverleaf junction is proposed.     

Enhanced NURBS modeling and visualization for large 3D geoengineering applications: An example from the Jinping first-level hydropower engineering project,China

Large engineering projects with complex underlying geologic structures require 3D geological integration and analysis. Presented is an example of a large hydroelectric dam, highlighting the need for 3D visualization and modeling as a requirement for the engineering design and construction process. Due to the complex nature of these projects, geological analysis using 3D modeling is commonly necessary. In this paper we present an integrated 3D geological modeling methodology for the analysis of large amounts of exploration data, and subsequent geological interpretation based on the non-uniform rational B-spline (NURBS) technique, the triangulated irregular network (TIN) algorithm and boundary representation. The procedural details and application of the proposed approach are demonstrated with reference to an actual hydropower engineering project. The new approach offered a good scheme to solve the inconsistencies among storage, accuracy and operational speed of the model. A 3D model was developed and validated using testing data from the engineering project. Visual analysis of the 3D model helps engineers to comprehend the complexity of geological structures, and enables arbitrary cutting, rock-mass quality classification, and digital drilling.     

约束数据域的Delaunay三角剖分算法研究及应用

研究了一种约束Delaunay三角网生成算法,它充分利用分治算法与生长算法的优点,对离散点、构网中实时生成的边及三角形采用分块进行网格索引,有效地减少了搜索目标点、边及三角形的时间,从而提高了构网速度,并将该算法用于地面模型的构建中,实现了地形三维可视化。     

基于块段模型的三维GIS混合数据结构模型研究*

为了有效地表示三维GIS空间实体,在地质块段模型的基础上,提出了基于八叉树和四面体格网的混合数据结构模型(block octree tetrahedron,BOT模型).采用BOT模型生成算法对块段模型进行重新分割,八叉树作整体描述,四面体格网作局部精确描述,并以不同的灰度值表示不同的单元块属性.同时,为节省存储空间,提出了线性BOT编码技术.实验结果表明,BOT模型充分发挥了八叉树和四面体格网的优点,可以在不增加存储空间的前提下实现对三维目标更高效、更精确的表达.     

3-D object decomposition with extended octree model and its application in geometric simulation of NC machining

The paper discusses the development of a prototype solid modeling system based on the extended octree modeling approach and its applications in 3-D NC machining simulation and automatic verification. Along with a simple hierarchical data structure, the extended octree model uses the face boundary information (i) to represent complex objects, (ii) to improve object representational accuracy, and (iii) to accelerate the model updating procedures in a graphic simulation process. The improved representational accuracy makes it possible to carry out automatic NC program verification by generating the machined model of the part through the simulation and comparing it with the designed model of the part. The paper also addresses the issues of model conversions from CSG and B-Rep schemes to the corresponding extended octree models and the issues of carrying out Boolean operations on those extended octree models. A prototype system has been implemented and is integrated with AutoCAD AME solid modeler for object modeling and for NC simulation purpose.     

三维不规则三角网格的精确裁剪算法

给出了一种基于约束Delaunay三角剖分的三维不规则三角网格的精确裁剪算法。算法结合TIN数据的生成特点,首先将TIN投影到二维平面,然后利用约束Delaunay三角剖分把裁剪多边形的每条边嵌入三角网中,再利用边-三角形的拓扑关系删除裁剪多边形外部多余三角形,最后利用边-点的拓扑关系对裁剪多边形顶点高程进行插值,使生成裁剪后的TIN模型。对不同复杂程度的三维TIN模型进行裁剪实验,发现二维投影策略极大地提高了三维TIN裁剪效率。算法的程序实现简单,且符合工程需求。     

结合体元数据结构的机载LIDAR建筑物检测

目的 目前,点云、栅格格网及不规则三角网等建筑物检测中常用的离散机载激光雷达（LIDAR）点云数据表达方式存在模型表达复杂、算法开发困难、结果表达不准确及难以表达多返回数据等缺点。为此,针对LIDAR点云体元结构模型构建及在此基础上的建筑物检测展开研究,提出一种基于体元的建筑物检测算法。方法 首先将点云数据规则化为二值（即1、0值,分别表示体元中是否包含有激光点）3D体元结构。然后利用3D滤波算法将上述体元结构中表征数据点的体元分类为地面和非地面体元。最后,依据建筑物边缘的接近直线、跳变特性从非地面体元中搜寻建筑物边缘作为种子体元进而标记与其3D连通的非地面体元集合为建筑物体元。结果 实验基于ISPRS（international society for photogrammetry and remote sensing）提供的包含了不同的建筑物类型的城区LIDAR点云数据测试了"邻域尺度"参数的敏感性及提出算法的精度。定量评价的结果表明：56邻域为最佳邻域尺度;建筑物的检测质量可达到95%以上——平均完整度可达到95.61%、平均正确率可达95.97%。定性评价的结果表明：对大型、密集、不规则形状、高低混合及其他屋顶类型比较特殊的复杂建筑物均可成功检测。结论 本文提出的建筑物检测算法采用基于体元空间邻域关系的搜索标记方式,可有效实现对各类建筑目标特别是城市建筑目标的检测,检测结果易于建模3D建筑物模型。     

基于D-TIN剖分的三维人脑表面模型重建算法*

为解决人脑表面结构特征建模中CT以及MRI等二维图像显示所带来的信息遗漏、观察不便等缺陷,提出了基于D-TIN（Delaunay TIN）剖分的三维人脑表面模型建模策略。针对实体模型分层切片数据,以离散拟合思想为算法依据,采用Delaunay不规则三角网剖分技术,动态构建模型表面控制点之间的拓扑关系,以此生成三维人脑表面模型;进而结合OpenGL可视化工具,对模型进行可视化渲染,最终得到满足医学需要的三维人脑实体模型。该模型直观、清晰、全面地再现了人脑的表面结构,对脑部病变的认知、手术指导以及认知神经科学     

一种面向对象的三维晶粒形貌建模与仿真算法

该文提出了一种面向对象的三维晶粒形貌建模与仿真算法。首先根据微观组织模拟的连续形核模型和晶粒的细胞生长法。对多晶体凝固过程中晶粒组织进行了三维建模，同时利用面向对象的方法，构造多晶体的数据模型和数据结构，然后采用CSG／B—rep混合表示方法建立多晶体仿真模型。该算法在PC机上实验表明，所建模型较好地仿真了三维多晶体组织，因此该算法为多晶体晶粒三维形貌的研究提供了一种行之有效的方法。