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三维真实感地形和公路的生成方法

作　者: 毛雷
导　师: 孙吉贵
学　校: 吉林大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 三维真实感地形生成方法数字高程模型三维地形三角片参考点等高线三角网 OpenGL 美国麻省理工学院
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 243次
引　用: 1次
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内容摘要

20世纪50年代中期，美国麻省理工学院将计算机与摄影测量技术结合一起，提出了“数字地面模型”概念，即digital terrain models(DTM)。若只考虑DTM的地形分量，我们通常称其为数字高程模型DEM（digital elevation model）。如今，数字高程模型已经深入到各个领域，取得了飞速发展，它在GIS方面的应用也十分广泛，通过数字高程模型可以进行三维分析，模拟连续分布的地形，还可以为三维地形和道路的设计、管理分析提供科学而有效的方法。著名的GIS软件如ARC/INFO，只提供了三维地形生成工具，没有三维公路生成和管理系统，而且价格昂贵（十几万元人民币），国内最具权威的交通部公路研究所最近几年利用CAD制作了道路交通系统，也只是具有简单的公路景观描述，没有计算土方量等复杂和实用的功能。本文所要讨论的是数字高程模型在三维地形和公路生成方面的应用，就是如何通过数字高程模型进行三维分析，为三维地形和道路设计、管理分析提供科学有效的方法。具体来说就是给定数字高程数据（如等高线），通过对原始数据进行插值和三角剖分处理，将得到的数据交给OpenGL处理，得到三维真实感地形，再在此基础上生成三维路面。全文共分七章，第一章介绍了数字高程模型概念和它在GIS方面的应用情况、目前三维地形和路面生成软件发展情况及本文要解决<WP=46>的问题。第二、三、四、五章对三维地形生成的一些技术要点和难点，包括数据结构、三角剖分和插值、OpenGL 工具等问题进行了综述，并重点陈述了作者所采用的方法。第六章然后对三维路面的生成方法做了详细介绍。第七章对系统做了简要的说明。下面就本文的重点和关键技术做一简要的介绍。本文所采用了2种数字高程模型数据结构。一是待处理的数据结构为等高线，这是考虑到要处理的二维平面地图多用等高线形式，具有广泛性和代表性。二是生成三维地形过程中和输出数据所使用的数据类型为规则网格，这是因为可用数组表示规则网格数据，占用空间小，易于检索和管理。本文采用了通过正方形网格建立三角网，一是便于存储和管理，二是OpenGL对绘制规则三角网具有先天优势。生成规则三角网的途径可以通过原始数据直接获得或对其进行插值获得。在正方形网格的基础上，以一条对角线将每个格网分解便形成了上、下三角形。本文所采用的内插方法为加权平均法，其数学表达式如下：Z=1/Q∑QiZi (i=1…n)，其中Z为内插点高程， Qi=1/（|X-Xi|+|Y-Yi|），为各参考点的权，Q=∑Qi，Zi为参考点的高程，n为参考点的个数。本文生成三维地形和路面的工具为OpenGL，它是一种到图形硬件的软件接口，包括了超过300条命令和函数。在光照和颜色的处理上，本文采用了平均顶点法向量的技术，使图形产生平滑的效果易如反掌。本文介绍了三维路面的生成方法，它通过如下步骤完成：调整<WP=47>路面高度—>允韭访嬷邢摺?陕访婢匦巍?访婢匦蔚髡?页鏊辛俳绲悖教逑旅婧蜕厦娴穆繁呦哂貌煌丈允尽?生成桶壁多边形—>桶壁切割三角片，显示变化后的桶壁多边形—>连接连续的桶壁多边形—>路面切割三角片—>连接被切割的三角片。

全文目录

第一章概述  6-8
第二章数字高程模型的数据结构  8-14
  1 数字高程模型常见的几种数据结构  8-11
  2 本文所采用的数字高程模型数据结构  11-14
第三章三角网的建立  14-19
  1 建立不规则三角网(TIN)的方法  14-16
  2 本文采用的三角网建立的方法  16-19
第四章数字高程模型内插  19-24
  1 内插的几种方法  19-21
  2 本文所采用的内插方法  21-24
第五章应用OpenGL实现地形绘制  24-29
  1 OpenGL简介  24-25
  2 本文绘制三维真实感地形的方法  25-29
第六章三维公路生成  29-42
  1 准备  29
  2 路面坡度的调整  29-31
  3 生成路面矩阵  31-33
  4 形成完整的公路路面  33-35
  5 判断路面是切土或填土  35-36
  6 生成切土或填土的平面四边形并切割三角片  36-37
  7 几个基本函数  37-41
  8 小结  41-42
第七章系统概述  42-43
参考文献  43-44
致谢  44-45
论文摘要(中文)  45-48
论文摘要(英文)  48-50

三维真实感地形和公路的生成方法

内容摘要

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