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城市建筑物三维模型管理及可视化关键技术研究

作　者: 王涛
导　师: 王崇倡
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 摄影测量与遥感
关键词: LOD 数据库空间索引数据调度三维可视化
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
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内容摘要

随着数字地球、数字城市及数字社区等建设的不断开展，海量三维模型可视化技术已经成为当前发展的一个重要方向。如何对如此繁多的三维模型进行快速、流畅的显示，是目前首先需要解决的问题。本文针对城市三维建筑进行研究，以海量三维模型可视化为目的，分别从三维模型数据的处理、管理、调度等方面入手，构建全球范围基于网络的三维建筑可视化系统。首先，分析了城市三维模型的数据内容，明确了研究对象。通过对城市三维建筑模型结构的分析，根据以后系统功能的需求，定义了新的三维模型数据结构。系统采用了LOD模型技术，文中分别对模型的几何数据与纹理数据进行简化处理，几何数据采用半边折叠网格简化算法，纹理数据采用小波算法进行压缩，两种方式均减少了数据存储的空间和网络传输的压力。其次，通过对地球表面进行网格划分，将全球三维建筑数据管理转化成单个网格内的三维建筑数据管理。对单个网格内的三维建筑进行数据库组织管理，设计了数据库表，同时考虑时态数据的管理，在实现了数据库基本功能的同时，增加了对历史数据归档等功能。再次，利用当前广泛应用的WCF技术和REST架构，开发了本研究的三维网络发布软件，文中给出了实现的过程和部分关键代码。最终，在以上基础上，设计了三维建筑数据的调度策略，利用网格与KD树对模型进行索引，采用多线程技术实现了三维模型显示的并行处理，使用缓存技术减少了系统与数据库的交互，研发了海量三维建筑物可视化系统，通过实验方案对系统性能进行了评测，评测结果表明技术方案正确、可行。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-22
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 研究目的  13
  1.3 研究现状  13-19
    1.3.1 模型简化现状  13-15
    1.3.2 三维空间数据模型研究现状  15-16
    1.3.3 空间索引方法现状  16-17
    1.3.4 可视化平台软件及应用软件现状  17-19
  1.4 本文研究重点  19-20
  1.5 论文结构  20-22
2 城市三维模型的 LOD 模型构建  22-41
  2.1 城市三维模型数据内容  22-23
  2.2 .X 文件与自定义城市三维模型数据结构  23-27
    2.2.1 .X 文件  23-26
    2.2.2 自定义城市三维模型数据结构  26-27
  2.3 模型几何数据简化  27-34
    2.3.1 网格简化  27
    2.3.2 半边折叠的思想  27
    2.3.3 边选择策略  27-28
    2.3.4 算法设计  28-29
    2.3.5 数据结构  29-30
    2.3.6 半边折叠操作方法及实例  30-33
    2.3.7 简化细节数据的存储与还原  33
    2.3.8 试验结果  33-34
    2.3.9 小结  34
  2.4 模型纹理数据的简化  34-38
    2.4.1 小波介绍  34-35
    2.4.2 小波变换在图像纹理中压缩的原理  35-36
    2.4.3 纹理数据流 LOD 构建方案  36-38
  2.5 模型几何与纹理匹配构建 LOD  38-39
  2.6 本章小结  39-41
3 城市三维模型时态数据库的建立  41-52
  3.1 时态数据库的概念及数据库平台  41-43
    3.1.1 时态数据库的概念  41
    3.1.2 数据库平台  41-43
  3.2 基于网格的数据组织  43-45
    3.2.1 网格  43
    3.2.2 全球网格划分  43-44
    3.2.3 全球网格数据库组织  44-45
  3.3 时态数据库设计与实现  45-51
    3.3.1 时空对象  45
    3.3.2 数据组织  45-46
    3.3.3 数据库表结构设计  46-49
    3.3.4 数据库基本操作的实现  49-51
  3.4 本章小结  51-52
4 城市三维模型数据发布  52-59
  4.1 WCF 技术  52-54
    4.1.1 基于 WCF 的多层服务模型  53-54
    4.1.2 WCF 服务框架模型  54
  4.2 REST 架构  54-57
    4.2.1 REST 架构风格  55-56
    4.2.2 REST 设计准则  56-57
  4.3 基于 REST 风格的 WCF 技术城市三维模型的发布服务实现  57-58
  4.4 本章小结  58-59
5 城市三维模型可视化关键技术与系统的构建  59-83
  5.1 三维图形学的基本原理  59-60
    5.1.1 三维图形库  59
    5.1.2 Direct 3D 体系结构  59-60
  5.2 城市三维模型调度策略研究  60-63
    5.2.1 数据调度基本策略  60
    5.2.2 数据调度算法  60-63
  5.3 网格与 KD 树的索引机制研究  63-69
    5.3.1 KD 树索引及其改进  63-64
    5.3.2 网格与 KD 树结合的索引机制  64
    5.3.3 使用网格与 KD 树结合的索引机制所能解决的问题  64-65
    5.3.4 如何对全球范围进行网格的划分，标准如何确定  65
    5.3.5 KD 树建树算法实现  65-67
    5.3.6 实验结果及分析  67-69
  5.4 客户端缓存技术  69-74
    5.4.1 缓存的概念  69-70
    5.4.2 磁盘缓存组织  70-71
    5.4.3 内存缓存组织  71-74
  5.5 多线程技术  74-76
    5.5.1 多线程机制  75
    5.5.2 多线程设计  75-76
  5.6 其他优化处理技术方法  76-78
    5.6.1 视椎体裁剪  76-77
    5.6.2 背面剔除  77-78
  5.7 三维可视化系统的构建  78-82
    5.7.1 系统功能需求  78
    5.7.2 系统实现  78-79
    5.7.3 实验效果  79-82
  5.8 本章小结  82-83
6 总结与展望  83-84
  6.1 总结  83
  6.2 展望  83-84
参考文献  84-87
附录A Int5/3 小波实现  87-89
附录B 数据契约定义  89-91
作者简历  91-93
学位论文数据集  93-94

城市建筑物三维模型管理及可视化关键技术研究

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