基于约束的虚拟环境过程化建模与绘制技术的研究与实现

论文摘要

随着虚拟现实技术的广泛应用，人们对虚拟场景的建模效率和真实感的要求越来越高，近年来国内外研究人员提出了很多建模方法，而对于大规模复杂的三维场景来说，建模范围广，数据资源利用率低，层次细节多等诸多困难挑战限制了建模的发展。传统的三维城市建模往往借助于交互式几何建模工具软件，但此方法不能表达真实的地理位置而且要耗费大量的人力物力，效率较低。而基于遥感图像的模型重构方法往往出现图像不能很好匹配、图像细节丢失等弊端。基于规则驱动的过程化建模根据规则集建模而不是通过用户输入编辑模型，方便快捷，体现了其独有的优势。另一方面，3DUGIS（three-dimensionalurbangeographicinformationsystem）技术正得以迅猛发展，凭其直观、形象、高效的工作方式，多样化的信息来源以及强大的处理空间数据的能力，已经被越来越多的应用到虚拟环境的建模开发领域中来。本文正是基于以上现状及理论可行性基础，致力于保证效率的前提下提高模型真实感的研究，利用现有的GIS数据并结合数码图像，通过定义适用于多源数据特点的约束规则，提出了一种针对于数字城市大规模场景快速、高效的过程化建模方法。另一方面，在虚拟场景绘制时，对于给定的包含一定数量级（100000+）3D模型的虚拟城市来说，某些应用中常常存在不必要的细节层次，为了提高可视化效率和绘制真实感就需要将其泛化为不同的层级，模型越靠近观察者越精细，而远处只需要较少的多边形类表达。本文借助于LOA（levelofabstract）分层的场景剔除及场景简化等显示技术，将模型场景分为3级，分别代表从不同远近的视点来观察时的抽象结果，便于我们对复杂信息空间的探测及处理从而更好的服务于人类的生活。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景和意义
• 1.2 虚拟环境建模的研究现状
• 1.2.1 基于几何造型法的建模
• 1.2.2 基于图像等测量数据的建模
• 1.2.3 基于规则驱动的过程化建模
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 本文组织结构
• 第2章 三维城市建模理论及实现思路
• 2.1 三维城市建模的基本原理
• 2.1.1 三维建模数据的获取
• 2.1.2 模型建模方式
• 2.1.3 三维模型的发布
• 2.2 OpenGIS CITYGML 简介
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 细节层次技术
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于约束的虚拟城市的过程化建模
• 3.1 虚拟城市数据属性分析模型
• 3.2 虚拟城市模型的真实感分析
• 3.3 基于约束的真实感增强
• 3.3.1 几何真实感增强
• 3.3.2 视觉真实感增强
• 3.4 数字城市常规建筑生成算法
• 3.4.1 建筑高度的计算
• 3.4.2 真实感纹理映射
• 3.5 数字城市道路的过程化建模
• 3.6 实验结果及分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 虚拟城市 LOA 模型的生成及绘制
• 4.1 LOA 简介
• 4.2 模型的不同 LOA 生成及显示
• 4.2.1 面向数字城市的 LOA 模型的设计
• 4.2.2 本文中 LOA 模型的生成绘制方法
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果
• 致谢