三维可视化技术在空战演练系统中的应用研究

论文摘要

三维可视化技术是计算机科学领域的一个研究热点,在娱乐、虚拟现实、医学、数字战场等领域都有广泛的应用。本文主要讨论其在空战演练系统中的应用,空战演练系统的研制,涉及到的一个重要方面就是演练战场环境的三维可视化。通过三维可视化系统表现战场态势,战场地理环境,为空战演练的指挥、调度、评估服务。本论文通过对地形建模理论的学习和对基本算法的研究,改进已有算法,并将改进后的算法应用在空战演练系统之三维可视化子系统的开发中,开发具有自主知识产权的三维可视化系统。论文中首先研究了基础的三维地形生成的理论模型DEM和TIN,介绍了几种构建TIN模型的基本方法;在研究传统的Delaunay TIN建模方法基础上,对Delaunay TIN建模方法进行改进,提出一种先分块建网再合并的Delaunay TIN建模方法,该方法将原始数据分块进行Delaunay TIN建模,最后将这些分块模型合并成一个完整的TIN模型,节约了建模时间,提高了建模效率;在改进算法的基础上,使用OpenGL编程,通过对所建模型进行三维坐标变换,消隐、纹理映射等操作生成具有真实感的三维地形;而后,针对大区域三维地形,计算机内存不能一次读入所有地形数据和读取效率等问题,笔者提出了广度优先遍历四叉树实现LOD(Level of Detail)地形的算法,该算法通过减少遍历四叉树的次数,提高了地形生成速度;在研究了这些算法之后,实现了三维可视化技术在空战演练之三维可视化原型系统中的应用,对与三维可视化技术相关的主要模块进行了详细设计。通过对三维可视化技术,特别是三维地形可视化算法的改进,提高了三维地形可视化速度,为开发更好的三维可视化产品提供了借鉴方法。而本文也实现了在空战演练系统中的应用,无疑对我军的战场信息化、数字化建设具有积极意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 三维可视化技术发展
• 1.2.2 三维可视化技术在军事领域应用现状
• 1.3 论文研究目标与内容
• 1.4 本论文的内容组织
• 1.5 本章小结
• 第二章 地理环境可视化建模
• 2.1 地形地貌模型的构建
• 2.1.1 数字高程模型
• 2.1.2 有约束TIN的构建
• 2.1.3 基于格网DEM构建TIN
• 2.1.4 基于等高线数据生成TIN模型
• 2.1.5 基于影像数据构建TIN
• 2.2 地表地物模型的构建
• 2.2.1 水系模型的构建
• 2.2.2 交通道路模型的构建
• 2.2.3 其它的模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 三维真实感地形的生成
• 3.1 OpenGL及其操作原理
• 3.1.1 OpenGL概述
• 3.1.2 OpenGL工作原理
• 3.2 对Delaunay TIN建模的改进
• 3.2.1 Delaunay TIN
• 3.2.2 生成Delaunay TIN的常用算法
• 3.2.3 对Delaunay TIN的改进算法
• 3.2.4 改进Delaunay TIN算法的特点
• 3.3 三维真实地形生成
• 3.3.1 地形建模
• 3.3.2 三维图形变换
• 3.3.3 可视面的判定
• 3.3.4 光照设置
• 3.3.5 纹理映射
• 3.4 本章小结
• 第四章 大区域地形绘制
• 4.1 LOD（Level Of Detail）技术
• 4.1.1 LOD出现背景
• 4.1.2 LOD技术
• 4.2 四叉树实现LOD地形生成
• 4.2.1 Quadtree算法原理
• 4.2.2 网格的采样
• 4.2.3 大规模地形的分块及分层架构与存储方法
• 4.2.4 广度优先遍历Quadtree的网格生成
• 4.3 本章小结
• 第五章 三维可视化技术在空战演练系统的应用
• 5.1 系统的总体设计
• 5.2 系统开发环境
• 5.3 系统的重要功能模块
• 5.3.1 三维地形生成和管理
• 5.3.2 飞行器管理
• 5.3.3 三维场景管理
• 5.3.4 敌对目标管理
• 5.4 原型系统运行效果
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 本论文工作总结
• 6.2 后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者硕士期间取得的研究成果