面向地学应用的三维GIS可视化技术研究

【摘要】： 三维GIS与科学计算可视化、数值计算、地学、虚拟现实等相关学科有着紧密的联系，是当前GIS研究的热点与难点。本文以面向地学应用的三维GIS相关可视化技术作为研究对象，目标是基于理论研究基础上，在PC机和Windows操作系统平台上设计并实现福州市地热资源信息管理系统，为用户提供了一个实时交互的地热资源数据可视化分析工具。 课题主要进行了以下工作： ● 探讨了三维GIS的概念内涵、功能以及实现难点。根据三维GIS的概念内涵、其在地学应用中的功能需求以及软件结构要求，构造了地学应用中的三维GIS的概念模型。并研究概括了当前流行的二维、2.5维、三维各类空间数据模型与数据结构。 ● 三维可视化是科学计算可视化和三维GIS密切联系的纽带，本文综述该方面的发展趋势，研究了两大类三维数据场可视化算法：表面拟合方法(Surface-fitting method)和直接体绘制(Direct Volume Rendering，DVR)。在系统实现中，针对两类算法的不同特点，在不同的模块中选用了两类算法中的经典算法：提出将光线投射法与Z-Buffer算法结合实现三维体数据重建；使用移动立方体法实现三维数据场的等值面绘制。 ● 针对地学数据的特点，研究了几种常用的离散数据插值算法，并重点分析了地质统计学中的Kriging算法。在系统中实现了多种插值方法获得的体数据的可视化，对其结果进行了比较分析。 ● 在相关理论研究的基础上，对实证系统进行了原型、功能模块、数据模型设计，并分析了系统实现中的技术难点及解决方法。对于三维可视化模块，详细阐述了其实现流程：体数据预处理→数据分类→光照模型、明暗处理→各种剖分方式绘制图象。在系统中实现对Shape文件、DXF文件格式的支持，并与三维可视化模块交互，实现空间分析功能。 该课题在面向地学应用的三维GIS做了基础研究，基本达成了预期的目标。该研究成果是基于真三维实现的空间信息管理系统，在国内相关行业尚属对三维GIS研究的前列。 【关键词】：三维GIS 直接体绘制 体数据 Krigng插值
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：TP399
【目录】：

• 第一章 绪论6-13
• 1．1 引言6-7
• 1．2 立题依据7
• 1．3 研究内容7-8
• 1．4 三维可视化各相关技术的研究综述8-11
• 1．4．1 三维空间数据模型和数据结构研究8-9
• 1．4．2 三维绘制算法研究9-10
• 1．4．3 插值算法研究状况10-11
• 1．5 论文组织方式11-13
• 第二章 面向地学应用的三维GIS理论体系研究13-20
• 2．1 面向地学应用的三维GIS内涵13-15
• 2．1．1 三维GIS定义13-14
• 2．1．2 三维GIS实现难点14-15
• 2．2 面向地学应用的三维GIS概念参考模型15-17
• 2．2．1 三维GIS软件结构要求15-16
• 2．2．2 面向地学应用的三维GIS概念参考模型16-17
• 2．3 三维GIS空间数据模型17-19
• 2．3．1 二维空间数据模型17
• 2．3．2 面三维空间数据模型17-18
• 2．3．3 三维空间数据模型18-19
• 2．4 本章小结19-20
• 第三章 三维可视化基础理论20-35
• 3．1 三维GIS与科学计算可视化20-21
• 3．2 相关图形学基础理论21-26
• 3．2．1 坐标系统变换21-25
• 3．2．2 图形几何变换25-26
• 3．3 三维可视化算法26-34
• 3．3．1 光线投射算法26-28
• 3．3．2 移动立方体法28-30
• 3．3．3 Z-Buffer消隐算法30-32
• 3．3．4 光照模型和明暗处理32-34
• 3．4 本章小结34-35
• 第四章 离散数据插值算法基础35-40
• 4．1 插值算法的选择35
• 4．2 常用插值算法35-37
• 4．2．1 线性内插法36
• 4．2．2 最近邻法36
• 4．2．3 距离反比法36-37
• 4．3 KRIGING插值37-39
• 4．3．1 区域化变量与变差函数37
• 4．3．2 变差函数理论模型37-38
• 4．3．3 Kriging插值方法38-39
• 4．3．4 Kriging方法评价39
• 4．4 本章小结39-40
• 第五章 实证研究——福州地热资源信息管理系统40-67
• 5．1 系统背景及意义40-41
• 5．1．1 福州地下热储基本概况40-41
• 5．1．2 系统意义41
• 5．2 系统设计41-47
• 5．2．1 系统原型设计41-42
• 5．2．2 功能模块分析42-44
• 5．2．3 多维数据模型设计44-45
• 5．2．4 空间数据库设计45-46
• 5．2．5 体绘制算法设计46-47
• 5．3 开发工具特点47
• 5．4 技术难点实现47-62
• 5．4．1 三维图形显示47-49
• 5．4．2 等值线与等值面绘制49-51
• 5．4．3 体数据预处理51-53
• 5．4．4 关于体数据的任意切割显示算法53-57
• 5．4．5 主流图层文件显示交互57-60
• 5．4．6 地学模型的集成60-62
• 5．5 系统实现结果分析62-67
• 结论67-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 附录74-75

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