基于NURBS的三维地形建模方法研究 ——以米角河水电站为例

论文摘要

人们生活在地球上,并与地球表层处处发生联系,工程师、测绘工作者、地貌学家们尽管专业领域各不相同,研究的侧重点各异,但都有着共同的希望：用一种既方便又准确的方法来表达实际的地表现象。随着我国水利水电工程建设规模,建设要求的不断提高和计算机技术的快速发展,实现水利水电工程地形三维建模与分析也受到了广泛而密切的关注。非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Splines, NURBS）的数学建模方法是1991年国际标准组织（ISO）正式颁布的工业产品几何定义STEP标准,作为产品数据交换的国际标准,在STEP标准中,自由型曲线曲面唯一的用NURBS表示。本论文认为我们可以从另一视角出发,从NURBS曲面建模方法入手,考虑将参数函数模型应用到地形三维建模中,使得模型具有存储量小,分析运算速度快,保证空间唯一性和几何不变性等优点。本论文在广泛收集和学习国内外三维建模理论与实践的基础上,引入NURBS技术构建地形模型,取米角河水电站部分区域地形等高线作为原始数据来进行研究,先建立了米角河水电站不规则三角网模型,再用逆向工程的思路对其进行NURBS地形模型的建立,进而与1：5万地形模型进行了对比,得出结论。本论文较好的完成了研究和探索地形三维建模新方法的预期任务,论文的理论与实践为水利水电工程地形三维建模新方法的研究提供了实用的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 NURBS技术与水利水电工程地质建模研究的发展与现状
• 1.3 水利水电工程地质对象分类
• 1.3.1 三维数字地形的建模
• 1.3.2 地层类地质结构建模
• 1.3.3 断层类地质结构建模
• 1.3.4 界限类地质对象建模
• 1.3.5 人工对象建模
• 1.4 本文研究的内容
• 第二章 数字地形模型及3DGIS空间数据模型
• 2.1 数字地形模型
• 2.1.1 数字地形的表达
• 2.1.2 数字地面模型
• 2.1.3 数字高程模型
• 2.2 三维GIS空间数据模型
• 2.2.1 空间维数
• 2.2.2 基于面模型的空间建模（facial model）
• 2.2.3 体模型（volumetric model）
• 2.2.4 混合模型（mixed model）
• 第三章 逆向工程设计及NURBS曲面建模
• 3.1 逆向工程概述
• 3.2 曲线和曲面
• 3.2.1 曲线、曲面应用中的基本概念
• 3.2.2 Bezier曲线、曲面
• 3.2.3 B样条曲线、曲面
• 3.2.4 NURBS曲线、曲面
• 3.2.5 NURBS曲线的反求
• 3.2.6 NURBS曲面的反求
• 第四章 三维数字地形建模
• 4.1 米角河1:5万数字地形模型的建立
• 4.1.1 不规则三角网模型（TIN）
• 4.1.2 ARCGIS建立TIN模型
• 4.1.3 米角河水电站3D SURFER三维可视化成像
• 4.2 米角河NURBS曲面模型的建立
• 4.2.1 Rhino建模
• 4.2.2 Imageware逆向建模
• 第五章 研究成果
• 5.1 精度求算
• 5.2 NURBS方法在地形表示中的优缺点
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 未来的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录