基于GIS的虚拟校园的设计与实现

论文摘要

将虚拟现实（VR）技术引入GIS领域,形成VRGIS,以此为主要技术的虚拟校园等数字化工程,是信息时代的产物,可视化与交互技术是其核心技术,是其目前研究的热点和难点问题。当前众多校园管理软件,只能对虚拟场景进行简单的浏览,不能存储海量的复杂的校园空间数据、不能满足校园的管理与决策分析的需要。校园管理者迫切需要一套科学的管理软件,更有效地服务于校园的管理和决策。论文以河南大学新校区为研究对象,研究了虚拟校园的场景构建、漫游与GIS功能实现等理论、方法和技术,形象直观的可视化界面、动态的二三维交互查询与分析等功能,能更有效地服务校园的管理与决策,主要研究内容与成果如下:第一、论述了虚拟现实技术研究现状、三维GIS现状及其开发平台、场景模型构建所需的重要理论与算法、可视化技术等,并提出了系统设计目标、内容、组织结构与技术路线。第二、探讨了构建虚拟场景和三维模型的理论与技术。分析建立虚拟场景建设所需的数据类型和特点,结合现代空间信息测绘技术实测了主要地物数据,建立属性数据库。第三、研究了基于GIS的虚拟校园的设计与实现的有关理论、方法。基于.NET开发环境,利用VegaPrime提供的API,实现了虚拟场景的实时自主、自由漫游等功能;利用ArcGISEngine（简称AE）与TerraExplorer Pro（简称TEpro）技术,实现了二维、三维GIS查询与分析等功能。第四、研究了虚拟校园GIS功能的总体设计原则、详细设计内容。主要包括基于ER模型的数据库设计和地理空间数据库的管理虚拟校园空间数据这两方面。第五、显示汉字功能。TEpro本身不提供汉化功能,通过程序转换实现汉字功能,方便普通用户操作,这也是论文所考虑的一个重要方面。论文主要创新点如下:第一、利用TEpro+AE技术,实现虚拟校园的二三维动态查询分析等功能。第二、开发了基于虚拟校园的可视化模板,提高了界面设计效率、而且应用广泛。第三、探讨了基于E——R图为基础的虚拟校园数据库设计的理论与方法。用PersonalGeoDatabase来组织空间数据,满足了虚拟校园的复杂数据类型的统一管理的需要,这些理论与方法可为其他领域的数字工程建设提供经验借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 虚拟现实技术研究进展
• 1.2.2 三维GIS 概述
• 1.2.3 三维GIS 研究现状
• 1.2.4 三维开发的平台软件
• 1.3 TEpro 特性
• 1.3.1 TE 家族产品
• 1.4 TEproAPI
• 1.4.1 TEproAPI 概述
• 1.4.2 TEpro 主要接口介绍
• 1.5 研究目标与内容
• 1.6 组织结构与技术路线
• 1.7 本章小结
• 第二章 三维模型的理论与算法
• 2.1 三维模型的数据结构
• 2.2 三维模型的数据获取和建模
• 2.3 图形变换
• 2.3.1 窗口视图变换
• 2.3.2 几何变换
• 2.3.3 投影的概念及其变换
• 2.4 真实图形
• 2.4.1 消隐技术
• 2.4.2 裁剪
• 2.4.3 光照模型
• 2.4.4 阴影
• 2.4.5 纹理及其映射技术
• 2.4.6 实例化技术
• 2.4.7 细节层次技术
• 2.4.8 动态多分辨率纹理及影像模型
• 2.4.9 基于数据分页的动态装载技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 虚拟场景构建
• 3.1 三维场景建模概述
• 3.1.1 常见建模方法比较
• 3.1.2 三维场景建模原则
• 3.1.3 主要技术
• 3.1.4 软硬件环境
• 3.2 数据准备
• 3.3 场景构建
• 3.3.1 获得建模数据
• 3.3.2 处理地图数据
• 3.3.3 实物建模
• 3.3.4 建模工具的使用
• 3.3.5 纹理映射
• 3.3.6 动态喷泉的制作
• 3.4 模型的组合
• 3.5 本章小结
• 第四章 场景驱动漫游实现
• 4.1 场景驱动
• 4.1.1 场景驱动平台选择
• 4.1.2 VP、LP 与AP 的概念区分
• 4.2 VP 的初始化过程与多线程技术
• 4.3 漫游功能
• 4.3.1 碰撞检测、二维导航的任意漫游功能的实现
• 4.3.2 自动漫游功能实现
• 4.3.3 地物名称中文显示技术实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 三维场景GIS 功能的实现
• 5.1 GIS 功能实现概述
• 5.2 三维GIS 总体设计
• 5.2.1 总体设计原则
• 5.3 详细设计
• 5.3.1 数据库设计
• 5.3.2 系统界面设计及原则
• 5.3.3 系统界面设计的实现
• 5.4 虚拟场景三维GIS 功能实现
• 5.4.1 模型的导入与编辑
• 5.4.2 三维GIS 功能的实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间的主要工作和论文发表情况
• 致谢