地下管线的三维可视化研究

论文摘要

随着3DGIS的发展,3DGIS可以有效地实现对地下管线的信息化管理。但地下管线的显示还多为2维或2.5维的。为了能够形象地观测地下管线的复杂分布和相应的空间关系,准确直观地了解地下管线结构,采用三维可视化技术表达地下管线是我们现在需要解决的问题。地下管线的三维可视化主要是地形和管线的三维显示。本文在讨论地形模型和管线模型的构造和可视化方面的一系列理论和算法的基础上,用面向对象语言在VC++6.0环境下创建用户界面,运用OpenGL提供的投影变换、消隐处理、几何变换、光照等操作构建了地形和管线的建模和可视化系统,从而实现地下管线的三维可视化环境。地形模型采用数字高程模型来表示。在分析TIN和Grid模型的优缺点基础上,针对实验数据的特点,采用TIN模型构建数字高程模型。接着介绍了两种不规则三角网生成算法:凸闭包收缩法和数据逐点插入算法,在总结两种算法优缺点的基础上,对数据逐点插入算法进行改进,使TIN的生成变得简单、易于实现。采用改进算法构建DEM模型,再运用光照处理和纹理映射提高了DEM的真实感和逼真度。对于管线的可视化,在研究管线采集方法、简化并抽象为管段和管点的基础上,重点研究了管段的建模和管段间的衔接。管段直接采用圆柱来建模,管段间的衔接又分为两种:管半径相同的管段和管半径不同的管段。半径相同的管段可在之间插入一段圆环,半径不同的管段间插入一段圆环和一个圆台。通过剪切变换便可建立较为光滑的管线模型,光照和材质的渲染使管线看起来更接近现实。综上所述,本文从三维可视化的关键技术出发,重点研究了地下管线的可视化。在研究的过程中,提出了管段间衔接方法。该方法实现了三维管段间的光滑衔接、提高了管线的真实感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 3DGIS
• 1.1.1 3DGIS
• 1.1.2 3DGIS 对地下管线数据的管理
• 1.2 地下管线三维可视化的研究
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 国内外研究现状及趋势
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 三维可视化理论与 OpenGL 支持
• 2.1 地下管线三维可视化的基本框架
• 2.2 三维可视化的关键技术
• 2.2.1 透视投影
• 2.2.2 消隐处理
• 2.2.3 光照模型
• 2.2.4 纹理映射
• 2.3 OpenGL 对三维的支持
• 2.3.1 函数库
• 2.3.2 OpenGL 提供的三维可视化函数
• 2.4 基于 MFC 的 OpenGL 实现框架
• 第三章 地形的三维可视化
• 3.1 数字地形
• 3.1.1 数字地形的表达
• 3.1.2 数字地面模型
• 3.1.3 数字高程模型
• 3.2 数字高程模型的数据获取
• 3.2.1 DEM 数据点的采集方法
• 3.2.2 数字摄影测量的DEM 数据采集方式
• 3.3 数字高程模型（DEM）的构建方法
• 3.3.1 规则格网法（Grid）
• 3.3.2 不规则三角网法（TIN）
• 3.3.3 混合模型
• 3.4 不规则三角网
• 3.4.1 不规则三角网（TIN）
• 3.4.2 狄洛尼（Delaunay）三角网
• 3.4.3 TIN 的生成算法
• 3.5 DEM 三维可视化的实现
• 3.5.1 TIN 的数据组织
• 3.5.2 DEM 三维显示的基本过程
• 3.5.3 DEM 三维可视化的实现
• 3.6 DEM 的实验结果
• 第四章 管线的三维可视化
• 4.1 地下管线信息的数据采集
• 4.2 地下管网的简化和抽象
• 4.2.1 地下管线的类型
• 4.2.2 管网的简化
• 4.2.3 管网的抽象
• 4.3 管线的数据组织
• 4.3.1 管线的数据模型
• 4.3.2 管线数据的数据结构
• 4.4 三维管线的建模
• 4.4.1 数学模型
• 4.4.2 管段模型的构建
• 4.5 管段的衔接
• 4.5.1 剪切变换
• 4.5.2 管段的衔接方法
• 4.6 管线的色彩渲染
• 4.6.1 光照
• 4.6.2 材质
• 第五章 地下管线显示系统
• 5.1 数据类与组织
• 5.2 地下管线显示系统的实现
• 5.3 三维可视化结果
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢