基于散乱点水深数据的海底地形构建与可视化方法研究

摘要

三维海底地形的真实再现具有很高的应用价值，它不仅为潜器的路径规划、导航定位等提供了服务，也为航行训练模拟、海战场环境模拟等提供了有力的支撑平台。本文主要研究了利用散乱水深数据构建真实感三维海底地形的过程，主要内容如下：
　　首先，研究二维电子海图文件的数据存储方式，设计和开发了水深数据的自动提取程序，并将提取出的水深信息自动存储在文本文件中。
　　其次，研究基于散乱点的空间数据建模方法，通过分析散乱水深数据和海底地形的特点，提出了对地形进行分区域插值的思想。对于数据稀少、地形粗糙不平的区域用IFS分形插值方法进行空间数据建模，而对于数据稠密、地形平缓的区域用移动Green基函数样条插值算法进形空间数据建模。另外，为了能够简单、直观的获得插值后的信息，利用VC与Matlab的COM接口编程技术开发地形生成模块，实现了插值信息和海底地形数据模型的自动生成功能。
　　再次，对地形生成算法进行了改进。分析IFS分形插值的存在的问题，本文引入移动曲面的思想，利用海底地形的局部自相似特性，将以待插值单元格为中心的周围网格所构成的矩形子域实施IFS分形插值映射到待插值单元格中，并且创造性的用高程值来直接计算垂直比例因子。实验验证，该方法无论是在精度还是在稳定性方面都较改进前有很大提高，而且由于无需对数据进行分区与光滑接边，使得其复杂性也大大降低了。
　　根据移动Green基函数样条插值结果存在欠稳定性，提出了它与距离加权平均算法混合插值的思想，使它们能够取长补短，并在曲面拟合之前对搜索到的水深点进行判段和预处理。试验结果表明，该方法获得的海底地形精度较高、稳定性好，与单纯用移动格林基函数样条插值相比极大的缩短了计算时间。
　　最后，利用Creator建模软件创建测试地形并进行贴纹理等操作，生成满足仿真要求的三维海底地形数据库，并在Visual C++环境下设计和开发基于MFC的Vega应用程序，实现真实感三维海底地形的模拟仿真。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路与关键问题

1.4 论文的章节安排

第2章 海底地形构建相关技术

2.1 散乱水深数据的获取途径

2.2 海底地形三维模型研究

2.3 三维地形建模的关键技术

2.4 本章小结

第3章 基于散乱点数据的插值研究

3.1 空间数据建模

3.2 基于IFS的分形插值算法

3.3 Green基函数样条插值算法

3.4 本章小结

第4章 海底地形生成算法的改进与实现

4.1 地形生成模块的设计与实现

4.2 基于MIFS分形插值的海底地形构建

4.3 移动Green基函数样条(MGS)插值的改进与实现

4.4 本章小结

第5章 海底地形三维可视化系统设计与实现

5.1 地形可视化的基本原理

5.2 三维海底地形模型的构建

5.3 海底地形可视化仿真实现

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢