地球重力场模型(EGM96)三维可视化

摘要

随着现代重力探测技术的不断发展,特别是航空重力测量技术的改进和完善以及新一代卫星重力测量计划的实现,人类获取的重力场信息也越来越丰富,全球和局部重力场模型的准确度和分辨率取得了重大突破.地球重力场模型数据所表达的是一个三维空间实体,而目前对重力场模型的表达还停留在数学公式或者简单的二维等值线图的水平上,模型数据可视化与理论研究没有同步.因此,将飞速发展的三维可视化技术与之结合,是地球重力场理论研究发展的需要,同时它也是构建数字地球的基础.该研究正是以此为出发点,设计并实现了地球重力场模型(EGM96)三维可视化系统软件.研究内容主要包括以下两个部分:1.对系统进行需求分析和数据分析,不依靠任何GIS平台,设计系统的结构和功能模块,建立单机VR环境和双机双投VR环境的真三维软件系统.2.系统底层使用C/C++源码开发,三维图形接口遵循OpenGL标准,实现功能模块所设计的功能.该部分主要解决了以下几个问题:1)采用将极区与其他地区分开建模的思想,便于顶点法向量计算和程序实现;2)动态改变大地水准面差距与地球半径的比值,改善了地球形状的三维表达效果;3)结合地图投影变换的原理,建立地球椭球点与纹理坐标的对应关系,丰富了计算机图形学中只有圆柱面映射和球面映射的纹理映射算法,提高了纹理映射的精度;4)结合数据分块和按视点距离对规则网格进行分层,并对每层数据隔行采样的方法,实现多分变率模型数据的实时显示.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究现状

1.2.1地球重力场模型研究状况

1.2.2三维可视化研究进展

1.3研究意义

1.4论文内容及其组织

第二章地球重力场模型

2.1地球重力场模型的定义及其内涵

2.2计算地球重力场模型的基本理论与方法

2.3EGM96模型概述

2.4EGM96地球重力场模型所采用的数据

2.4.1卫星跟踪数据

2.4.2地面重力数据

2.4.3卫星测高数据

2.5模型检验

2.6 EGM96所产生的效果

第三章系统设计

3.1需求分析

3.1.1系统目标

3.1.2系统特点

3.1.3系统环境

3.2数据分析

3.2.1数据特征

3.2.2数据流程

3.3技术方案设计

3.4系统结构设计

3.4.1总体结构设计

3.4.2单机立体结构设计

3.4.3双机立体结构设计

3.5功能模块设计

3.5.1数据处理模块

3.5.2三维显示模块

3.5.3三维交互模块

3.5.4数据输出模块

第四章系统实现

4.1数据处理

4.1.1坐标系定义

4.1.2坐标变换

4.2三维显示

4.3三维交互

4.3.1地球形状

4.3.2三维查询

4.3.3设置三维飞行路线

4.3.4三维距离

4.4系统主界面实现

第五章三维显示

5.1三维建模

5.1.1不规则三角网(TIN)

5.1.2规则格网(GRID)

5.1.3构造地球椭球三维模型

5.1.4运行效果图

5.2三维空间到二维平面

5.2.1变换流程

5.2.2几何变换

5.2.3投影变换

5.3光照与颜色

5.3.1基本原理

5.3.2分层设色显示

5.4纹理

5.4.1计算机图形学中的纹理映射

5.4.2地球椭球中的纹理映射

5.4.3运行效果图

5.5真三维显示

5.5.1基本原理

5.5.2实现效果图

5.6多分辨率显示

5.6.1解决方法

5.6.2数据分块

5.6.3视点距离判断

5.6.4网格划分

5.6.5裂缝处理

5.6.6数据动态调度

第六章总结

参考文献

致 谢

声明