海底地形三维可视化技术研究

摘要

随着国家经济、国防事业的发展,海洋的开发及其利用对国家越来越重要,海洋三维模型相比海洋二维模型展现出更大的优势和发展前景,建立真实的海洋三维模型的紧迫性得到人们的逐步认识。同时随着计算机软硬件的快速发展,三维可视化技术和虚拟现实技术的也得到了广泛的发展应用。这一切都为海底三维可视化技术的发展提供了有利条件。本文在这种背景下开展了对海底三维可视化技术的研究。
　　首先,本文分析了海底地形建模相关基础,从海洋地形数据的获取方法、海底地形数据的存储模型、海底地形数据的插值方法三个方面进行总结分析,从而选出将电子海图作为数据源,将规则网格模型作为海底地形数据的存储模型,将自然邻点插值作为本文海底地形数据的插值方法。
　　其次,本文介绍了基于Voronoi图和Delaunay三角形的自然邻近插值方法,比较了Sibson插值和Laplace插值的优缺点,使用了快速去寻找自然邻点的方法从而避免去生成Voronoi图和Delaunay三角形。最后分析了Laplace插值的局限性,Laplace插值无法在地形数据形成的凸壳上和外部进行插值,基于此本文提出了加权平均法和Laplace插值混合插值的方法。同时通过仿真,从插值速度、插值精度及其插值效果上与加权平均法及传统自然邻点插值法进行了比较分析。
　　再次,本文介绍了基于二叉树的ROAM技术基础,从中具体分析了当前视截体裁剪方式的优缺点,提出了基于视截体的快速粗糙裁剪和子块内视截体的细致裁剪的改进方法。使用混合裁剪方法,不仅加快了裁剪速度,减少了三角形冗余,同时也保留了地形的细节。
　　最后,从电子海图中提出离散的海底地形数据,使用加权平均法和Laplace混合插值算法生成规则网格数据,结合改进的ROAM算法,用OpenGL图形API函数对海底三维地形进行了漫游测试。从海底地形算法漫游帧率、生成的三角形个数技术指标上与全分辨率显示算法、传统ROAM算法进行了比较分析。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景、目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究思路和关键问题

1.4 论文的章节安排

第2章 海底地形构建相关基础

2.1 引言

2.2海底地形数据获取方法研究

2.3海底地形数据模型的研究

2.4海底地形数据插值方法的研究

2.5 本章小结

第3章 自然邻点插值方法及其改进

3.1引言

3.2 Voronoi图和Delaunay三角形

3.3 自然邻点插值及其改进

3.4 Laplace插值的局限性及其改进方法

3.5 海底地形数据源的获取

3.6 仿真结果

3.7 本章小结

第4章 三维海底地形建模算法及渲染技术

4.1 引言

4.2 基于ROAM的地形算法及其改进

4.3 真实感地形渲染技术

4.4 本章小结

第5章 海底三维地形漫游效果实现

5.1 功能设计

5.2试验测试

5.3 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