地礦領域內三維實體建模及場景可視化算法研究

內容概要

三維空間數(shù)據(jù)模型研究已成為三維GIS領域內的研究熱點和難點，也是空間信息可視化的基礎，如何高效地組織和管理三維空間數(shù)據(jù)，構建易于交互的三維空間模型已成為三維GIS成功應用的關鍵。目前的研究成果在模型數(shù)據(jù)結構、模型表達精度與計算效率以及三維可視化渲染等方面還存在諸多問題亟待解決。本書基于空間認知學和地學相關理論，綜合考察空間數(shù)據(jù)表達與存儲，空間構模與可視化的系統(tǒng)過程。利用離散擬合思想，創(chuàng)建實體模型的分層表示機制，實現(xiàn)地礦領域內三維實體重建的通用框架模型；從構建集成模型的視角出發(fā)，探討現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)模型的集成應用方案，實現(xiàn)三維目標的高效、精確表達；在模型可視化與場景漫游方面，采用自底向上的一次性整體構網，網格節(jié)點實時更新的建模策略，并對影響圖像跳變和圖像繪制幀率的因素進行系統(tǒng)分析；最后通過理論分析、仿真模擬和實驗結果的對比驗證，為空間模型數(shù)據(jù)結構的優(yōu)化設計提供理論依據(jù)與技術支持。

書籍目錄

第1章　緒論 11.1  二維GIS到三維GIS的轉變 11.2  三維GIS的發(fā)展歷程與趨勢 21.3  實體建模對地學領域研究的意義 51.4  三維空間數(shù)據(jù)模型研究現(xiàn)狀分析 61.4.1　基于面模型的構模 71.4.2　基于體模型的構模 81.4.3　混合構模 111.5  本書主要論述內容 121.6  組織結構 13第2章　三維實體建模理論及技術基礎 152.1  三維空間實體分類及其表示 152.2  空間數(shù)據(jù)模型 172.2.1　地理空間實體 172.2.2　空間認知和抽象 182.2.3　空間數(shù)據(jù)類型及其表示 192.3  三維GIS對空間數(shù)據(jù)模型的要求 202.4  三維模型空間拓撲結構表示 212.4.1　模型拓撲結構表示基礎 222.4.2　3DFDS拓撲空間模型 242.4.3　其他擴展的三維拓撲結構 252.5　空間數(shù)據(jù)庫存儲技術 262.5.1　空間數(shù)據(jù)庫的基本概念 262.5.2　空間數(shù)據(jù)庫引擎（SDE）核心技術 272.6　三維場景可視化渲染技術 282.6.1　OpenGL概述 292.6.2　OpenGL工作原理 312.7　本章小結 32第3章　地質體三維分層模型及其可視化 333.1　分層模型生成算法概述 333.1.1　構模方法評析 333.1.2　地質體三維分層構模原理 343.2　建模自動推理機制概念模型的設計 363.3　基于自適應神經網絡的地質體界線自動繪制 373.3.1　自適應神經網絡模型結構與工作原理 383.3.2　待預測區(qū)域信息數(shù)據(jù)的量化 403.3.3　網絡結構參數(shù)設定 413.3.4　網絡運行實例分析 423.3.5　礦巖界線的圈定 453.3.6　礦巖界線剖面數(shù)據(jù)檢查 463.4　CAD圖形數(shù)據(jù)與GIS空間數(shù)據(jù)庫的轉換 483.4.1　CAD圖形數(shù)據(jù)結構分析 483.4.2　CAD圖形數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)庫的轉換原理 493.5　基于離散算法的三維分層模型及其可視化 513.5.1　概念界定 513.5.2　原始數(shù)據(jù)預處理 533.5.3　三維模型數(shù)據(jù)結構分層索引機制 553.5.4　控制點之間拓撲關系的自動創(chuàng)建 563.5.5　三維模型渲染可視化 593.6　分歧礦體模型 633.7　三維分層模型動態(tài)交互及其算法設計 653.7.1　模型空間變換原理 653.7.2　基本變換 663.7.3　基于優(yōu)化搜索的模型剖切算法 683.8　應用實例與性能分析 713.8.1　項目應用背景 713.8.2　礦區(qū)數(shù)學坐標系的建立 723.8.3　原始數(shù)據(jù)準備 733.8.4　實體模型的建立與剖切 733.8.5　地質儲量計算 753.9　本章小結 78第4章  BOT集成模型結構設計與實現(xiàn) 804.1  引言 804.1.1  實體建模技術研究現(xiàn)狀分析 804.1.2  BOT模型結構的提出 824.2  面向地質應用的塊段模型 834.3  八叉樹模型結構分析 844.3.1  八叉樹結構的定義 844.3.2  八叉樹結點的快速訪問 864.3.3  基于八叉樹的塊段模型空間重新分割 874.4  四面體格網（TEN）模型結構分析 884.4.1  四面體格網數(shù)據(jù)組織 884.4.2  四面體格網生成算法 904.4.3  限定條件下空間區(qū)域四面體剖分 924.5  BOT模型數(shù)據(jù)結構設計與算法實現(xiàn) 944.5.1  BOT模型生成算法 944.5.2  基于Morton碼的數(shù)據(jù)壓縮 954.6  試驗與分析 974.7  本章小結 98第5章  限定TIN與CSG集成仿真模型 995.1  問題的提出 995.2  限定Delaunay三角網格地形剖分 1015.2.1  Delaunay三角網的定義及特性分析 1015.2.2  Delaunay三角網生成算法回顧 1025.2.3  限定條件下地形三角剖分 1045.3  建筑物CSG構件建模 1085.3.1  建筑物基本體素及建模過程 1095.3.2  建筑物內部的空間拓撲關系 1105.3.3  建筑物三維數(shù)據(jù)的獲取 1115.4  集成模型數(shù)據(jù)結構設計與算法實現(xiàn) 1125.4.1  集成模型數(shù)據(jù)結構 1125.4.2  算法設計與實現(xiàn) 1145.5  試驗與分析 1155.6  本章小結 117第6章  視點相關的大規(guī)模地形實時繪制算法 1186.1  引言 1186.2  模型簡化算法研究現(xiàn)狀評述 1206.2.1  靜態(tài)簡化算法 1216.2.2  動態(tài)簡化算法 1236.3  支持大規(guī)模地形漫游的模型簡化算法 1256.3.1  地形實時渲染框架 1256.3.2  大規(guī)模地形TIN剖分基礎 1266.3.3  算法思想與過程設計 1276.3.4  DEM數(shù)據(jù)分塊 1286.3.5  實時視圖體裁剪 1296.3.6  基于格網結點選取的模型簡化 1306.3.7  視點相關的格網模型動態(tài)更新 1346.4  試驗與分析 1356.5  本章小結 138第7章  結論與展望 1407.1  主要研究成果 1407.2  進一步研究的方向與展望 141參考文獻 143

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