空间数据集可视化绘制的关键方法与技术研究

摘要

空间数据集可视化是当前计算机图形学领域的热门研究课题,它通过分析、抽象和处理表示各种物体和场景的海量数据,实现了在计算机中真实模拟现实世界的目的,因此在医学、地球科学、天文物理、化学、机械工程等许多方面有广阔的应用前景.它是将某个物体的几何模型转变成我们视觉上清晰直观图像供进一步研究、分析,图像的绘制质量将直接影响工程技术人员对原始数据的理解,因此对可视化图形绘制的研究具有突出的现实意义.空间数据可视化绘制的主要研究内容包括光照模型、纹理技术和图形生成等.光照模型是最常用的绘制技术之一.经典的基于物理的反射模型在象素级都是一个表面几何的函数,且表示成光照明的模式,但是它不能反映随着视点的变化而产生的反射特征的变化.一种基于几何的分辨率反射模型适用于表示不同级别的反射影象,但是这种量化由分辨率来确定的并被记录在多分辨率mipmaps中,为此一种多分辨率反射技术可以用来有效记录这些基于分布的参数.该技术使用基于几何的反射函数来表示,并且通过显示硬件的支持来实现实时绘制比较好的反射细节.纹理映射和调度是可视化绘制研究的一个重要内容.以前的自动纹理映射算法存在效率低或只能基于模型特征点的约束等缺点.因此针对平面网格,可以将特征点的约束推广到基于特征曲线的约束就产生了一种新的纹理映射算法.该算法首先对每一个由待求顶点和特征曲线面上由两个构成的三角形使用共形映射计算出一个可能的纹理映射,然后使用高斯正态分布概率密度来对这些可能的纹理映射进行加权平均得到最后的结果.在许多实际应用中需要保持模型的拓扑连通性,但以前的算法不可避免的会损失模型的连通信息.基于拓扑连通保持的外存模型简化算法是一种适用于任意大型和复杂物体的模型简化算法.它不仅能实现产生很简单的近似模型,而且还快速地保持了拓扑连通性.首先,算法根据自适应的栅格分辨率使用外存一致聚类的得到一些簇和误差矩阵,然后使用八叉树空间剖分和一种新的拓扑连通检查算法来保持其拓扑连通性,接着根据得到的蔟集使用顶点聚类的算法将物体简化到中等规模的简化模型,最后用面收缩的内存简化算法法得到最终简化模型.

目录

文摘

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1绪论

1.1空间数据集可视化技术概述

1.2空间数据集可视化绘制中的光照模型

1.3空间数据集可视化绘制中纹理映射和调度

1.4空间数据集可视化绘制中复杂模型的简化

1.5本文工作

2基于几何反射模型的多分辨率绘制技术

2.1引言

2.2反射的几何描述

2.3微面mipmap

2.4实现细节

2.5试验结果

2.6小结

3纹理映射和调度

3.1引言

3.2适用于平面网格的基于约束的快速纹理映射算法

3.3大规模地形可视化中的纹理技术研究

3.4小结

4模型简化的误差度量和简化算法

4.1引言

4.2网格模型相关的数学描述

4.3一种新的模型简化的误差度量方法

4.4基于自适应空间刨分的简化算法

4.5视点依赖简化算法

4.6小结

5一个新的基于拓扑连通保持的外存简化算法

5.1引言

5.2新的外存简化算法

5.3自适应网格粒度

5.4内存简化中间结果及最终结果生成

5.5试验结果

5.6小结

6总结和展望

6.1本文的工作总结

6.2进一步的研究设想

致谢

参考文献

附录1攻读博士期间发表的学术论文

附录2演示动画文件说明

附录3 GMM的参数估值