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地形与地质体三维可视化的研究与应用

作　者: 黎华
导　师: 夏斌；王核
学　校: 中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）
专　业: 构造地质学
关键词: 地形地质体三维可视化数字高程模型(DEM) 组件技术可扩展标记语言(XML) 地理标记语言(GML) 网络地理信息系统(WebGIS)
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

在“数字地球”大背景的影响下,地学领域的可视化研究显得越来越重要。而在地学领域的可视化研究中,形成了两大并行发展的主流:3D GIS和3D GMS,最具有代表性的分别是地形与地质体的三维可视化。本文以作者参与的与此两方向相关的科研工作为基础,以地形和地质体的三维可视化的研究与应用为主线,详细论述了基于组件技术、UML技术、三维可视化技术等来构建地形和地质体三维可视化系统的思路和过程。在分析地形三维可视化系统需求分析的基础上,提出了适合用户需求的系统三层体系架构,采用关系数据库来统一管理空间数据和属性数据。基于组件的开发技术实现该系统,实现了模拟三维地形、三维地形可视化操作、空间分析以及土方量算等综合应用。详细论述了各组件的具体实现思路及过程,探讨了构建规则DEM的主要原理及算法、DEM法计算土方的原理、土方均衡及道路填挖方的原理和算法等。针对地形数据网上发布的需求,提出了一种基于GML的适合三维地形的网上共享和集成的方法:构建扩展的、良构的GML文档。采用ActiveX控件法,尝试性的提出了一种适合三维地形网上发布的系统框架,并论证了开发三维地形GIS ActiveX控件的必要性。通过对地质勘察领域的数据模型进行分析,提出了一种适合层状地质体的三维建模方法:首先基于钻孔点的分层数据按DEM的方法对各个地层进行拟合,对各个DEM表面模型同时显示,然后将多层DEM表面模型边界两两缝合构成实体。在数据模型、三维建模方法和可视化技术的基础上,利用组件技术开发了地质体三维可视化系统,具有读取地质勘察原始数据、模拟三维地层、三维地层显示、剖切显示等功能。地学领域中的地形和地质体三维可视化技术的使用可以帮助我们更加全面、准确的了解地学信息,分析地学规律,进而可以为地学领域的生产及宏观规划进行辅助决策。

全文目录

第一章绪论  5-22
  第一节引言  5-7
  第二节研究背景和意义  7-12
  第三节研究现状  12-18
    1.3.1 地形三维可视化的研究现状  12-15
    1.3.2 地质体三维可视化的研究现状  15-18
  第四节研究内容  18-22
第二章地形三维可视化系统开发的基础知识  22-34
  第一节概述  22
  第二节软件组件技术  22-26
  第三节 UML建模语言  26-27
  第四节数字高程模型  27-30
    2.4.1 数字高程模型的数据采集方法  28
    2.4.2 DEM的表示模型  28-29
    2.4.3 数字高程模型的应用  29-30
  第五节三维真实感地形可视化的基础知识  30-33
    2.5.1 三维图形变换  30-32
    2.5.2 光照模型  32
    2.5.3 纹理映射  32-33
  第六节小结  33-34
第三章地形三维可视化系统需求分析和系统设计  34-54
  第一节系统需求分析  34-36
    3.1.1 系统功能需求  34-35
    3.1.2 数据需求分析  35-36
  第二节实施原则  36-38
    3.2.1 全局性和整体性原则  36-37
    3.2.2 先进性和成熟性原则  37
    3.2.3 标准化和开放性原则  37
    3.2.4 实用性原则  37
    3.2.5 可维护性和扩展性原则  37-38
    3.2.6 高性能和稳定性原则  38
    3.2.7 经济、时效性原则  38
  第三节系统总体设计  38-45
    3.3.1 系统总体结构设计  38-39
    3.3.2 系统数据库设计  39-45
  第四节系统功能详细设计  45-53
    3.4.1 系统组件设计  45-46
    3.4.2 数据操作与三维建模组件设计  46-47
    3.4.3 填挖方组件设计  47-50
    3.4.4 空间分析组件设计  50-53
  第五节小结  53-54
第四章地形三维可视化系统的应用  54-71
  第一节系统功能介绍及系统使用说明  54-64
    4.1.1 功能介绍  54-55
    4.1.2 使用说明  55-64
  第二节系统应用  64-70
    4.2.1 系统基本应用  65
    4.2.2 土方均衡应用  65-67
    4.2.3 土地利用规划方案应用  67-70
  第三节小结  70-71
第五章基于XML的三维地形数据共享  71-84
  第一节传统的数据共享方案研究  71-73
    5.1.1 数据格式转换模式  71-72
    5.1.2 直接数据访问模式  72
    5.1.3 多源空间数据无缝集成—SIMS  72-73
  第二节基于XML的地理数据共享和集成  73-79
    5.2.1 XML简介  73-76
    5.2.2 地理标记语言—GML  76-77
    5.2.3 GML对地理信息的表达  77-78
    5.2.4 基于XML／GML的地理数据集成  78-79
  第三节基于GML的三维地形数据共享和发布  79-83
  第四节小结  83-84
第六章基于网络的三维真实感地形的框架研究  84-97
  第一节 WEBGIS—万维网地理信息系统  84-89
    6.1.1 WebGIS的特点  84-85
    6.1.2 WebGIS的实现技术  85-88
    6.1.3 三维WebGIS的实现技术  88-89
  第二节基于网络的三维地形可视化系统的框架研究  89-96
    6.2.1 系统定位  89-90
    6.2.2 系统结构设计  90-95
    6.2.3 空间数据管理和组织  95-96
  第三节小结  96-97
第七章地质体三维可视化的研究  97-113
  第一节地质体概述  97
  第二节地质休三维可视化的空间建模研究  97-109
    7.2.1 表面模型  98-100
    7.2.2 实体模型  100-103
    7.2.3 基于面一体的混和模型  103-105
    7.2.4 系统采用的数据模型研究  105-109
  第三节地质体三维可视化处理研究  109-111
  第四节小结  111-113
第八章地质体三维可视化系统的设计与实现  113-133
  第一节系统功能需求  113
  第二节系统功能详细设计  113-121
    8.2.1 系统组件设计  113-115
    8.2.2 数据源管理组件设计  115-116
    8.2.3 数据字典管理组件设计  116-118
    8.2.4 勘察核心对象库组件设计  118-119
    8.2.5 三维控件设计  119-121
  第三节系统功能与应用  121-132
    8.3.1 系统界面说明  121-123
    8.3.2 使用及功能介绍  123-131
    8.3.3 其它说明  131-132
  第四节小结  132-133
第九章结论  133-137
参考文献  137-147
附录  147-148
致谢  148-149
声明  149

地形与地质体三维可视化的研究与应用

内容摘要

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