地下管网三维可视化技术研究

论文摘要

地下管网是现代生产和生活中的一个重要基础设施。利用地理信息系统对地下管网进行综合管理,可以将管线信息有序地存入计算机管理系统,实现数据的更新和资源共享。在管线专题信息系统中,由于管线大多埋于地下,二维的图形显示缺乏直观性,很难对地下的空间布置情况进行认知,因此根据矢量地图对管网进行施工和维修时,经常会引起施工事故发生,用三维图形显示就可以很好地解决这些问题。本文在地下管网信息系统的研究和设计过程中,分析了目前地下管网的现状和存在的问题,在充分调研的基础上,对系统进行了总体的分析和设计。首先阐述了地下管线信息系统的概念及应用,引出管线可视化在实际应用中的意义。详细介绍了当前三维可视化技术的优缺点、GIS组件式开发技术与MapX技术以及OpenGL工作原理等。其次,通过分析管线的数据特点及空间拓扑关系数据特点,建立了合理的三维管线的数据模型和数据结构。最后,详细分析了管线源图的数据结构,并对管线源图数据进行了提取;利用MapX对地图进行二次开发,实现了图形的基本显示功能,并能对图形进行编辑和修改;通过读取二维CAD管网图,并调用OpenGL绘图函数对管线进行三维显示,使得管线能在三维空间中任意漫游、旋转、平移和缩放。通过OpenGL的选择和反馈机制,实现对管线对象的拾取和空间属性数据的交互查询。在课题的研究方法和手段上,运用Visual C++作为编程开发环境,采用Visual C++中内嵌的OpenGL、以及MapX组件来实现三维显示,使用Access作为数据库管理系统,完成了西安科技大学临潼校区地下管网三维可视化系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文选题的背景及研究意义
• 1.2 国内外研究概述
• 1.2.1 地下管网信息系统
• 1.2.2 空间数据模型
• 1.2.3 三维可视化技术
• 1.3 主要内容及结构安排
• 2 可视化相关原理与技术
• 2.1 三维模型的可视化原理
• 2.2 三维可视化技术
• 2.2.1 基于OpenGL 的三维场景显示技术
• 2.2.2 基于虚拟现实建模语言（VRML）的三维场景显示技术
• 2.2.3 三维图形技术Java 3D
• 2.2.4 微软DirectX 三维开发平台
• 2.3 组件式开发技术与MAPX 技术
• 2.3.1 实用GIS 软件的组件式开发技术
• 2.3.2 基于ActiveX 技术的MapX 组件
• 2.4 OPENGL 工作原理简介
• 2.4.1 图形绘制流程
• 2.4.2 三维图形显示常用坐标系简介
• 2.4.3 三维图形显示步骤
• 2.4.4 三维图形变换
• 2.5 本章小结
• 3 管线数据模型与数据结构
• 3.1 地下管网的数据特点
• 3.2 地下管网数据模型分析
• 3.2.1 地理数据的组织方式
• 3.2.2 空间数据的图层划分
• 3.2.3 数据组织模型
• 3.2.4 管线概念模型的设计
• 3.2.5 空间数据存储形式
• 3.3 系统数据库详细设计
• 3.4 本章小结
• 4 地下管网源图的数据结构分析与提取
• 4.1 管线图数据结构分析
• 4.2 管线图数据结构提取
• 4.2.1 设计流程
• 4.2.2 提取实现
• 4.3 本章小结
• 5 管线三维显示与查询
• 5.1 OPENGL 显示场景初始化
• 5.2 管线模型的构造
• 5.3 管线空间位置的模型转换
• 5.4 管线空间查询与空间分析
• 5.4.1 管网空间分析功能的设计与实现
• 5.4.2 管网横纵断面的生成
• 5.4.3 三维空间坐标的获取
• 5.4.4 OpenGL 中的选择和反馈机制
• 5.5 本章小结
• 6 地下管网三维可视化实现
• 6.1 系统总体设计
• 6.2 系统主要功能和特点
• 6.3 系统实现
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录