地形数据三维可视化方法研究与实现

摘要

地形可视化是当前地理信息系统重要的研究内容。要完成地形可视化，先要将地形信息数字化存储。数字地形信息存储方法主要有不规则三角网方式和规则网格方式两种。其中不规则三角网具有数据冗余度小，能较好地反映地形特征，充分描绘地形细节等优点。Delaunay三角网剖分是构造不规则三角网最常用的方法。在Delaunay三角网剖分算法中以分治法的时间效率最佳，但因其存在递归过程，导致空间占用率较高。另外，在地形三维显示过程中，因地形数据比较复杂，现有硬件的图形处理能力无法满足实时性的要求，而现有大多数应用都需要地形的实时显示，这就需要在不影响可视效果的前提下，对地形数据进行化简。为此，本文对Delaunay三角网的快速生成算法和大区域地形的多分辨率实时显示技术进行了研究。
　　 首先，针对目前Delaunay三角网生成算法普遍存在的定位待插入点所在三角形效率不高的问题，提出一种通过对待插点集进行反复收集分配，完成待插入点所属三角形快速定位的方法。结合该定位方法与Bowyer-Watson提出的的三角网调整算法，综合出一种平均时间复杂度为O(NlogN)的D-三角网生成算法。该算法与分治法的时间复杂度相同，因没有递归过程而减少了空间占用率。实验表明，与其他Delaunay三角网生成算法相比，本文的方法具有实现简单，内存占用较小，运算效率较高等特点。其次，针对地形数据点较多时，无法完成地形实时动态显示的问题，在基于三角形折叠的多分辨率显示模型的基础上，引入了累进网格，并针对地形数据与高程密切相关的特点，采用适合地形数据的误差计算方法，在误差计算中引入了累积误差。改进了多层次细节模型构建算法和视相关地形多分辨率动态调整算法。实验表明，采用本文的方法进行实时大规模地形显示时，可视化效果较好，效率较高。最后，融合上述算法，使用OpenGL图形接口、C++语言和Microsoft SQL Server2005数据库，设计并实现了一个三维数字地形漫游演示系统。