水利工程中的三维地形可视化方法研究与实现

摘要

运用计算机图形学及图象处理技术构建虚拟系统，来模仿现实中施工场景，并实现交互处理，一直是人们追求的目标之一。随着计算机科学技术的不断发展，三维造型、渲染、动画技术的不断提高，为施工可视化技术的研究和实现提供了客观条件。本文围绕实现三维地形可视化在水利工程中的应用展开了一系列的研究，具有一定的理论和实际意义。
　　本文是基于湖南省水利科技项目《小流域水保工程施工信息收集平台》来进行研究的。针对水利工程中地形条件复杂，施工难度大，施工建筑设备型号多，布置要求高等特性，以虚拟可视化小流域水保工程现场为任务，在结合水利工程施工行为准则的同时，对比了已有的各类地形可视系统，科学分析了系统的可行性和必要性。并提出设计实现一种能快速生成或调用各类地形、数据模型，具备实时反映施工现场地形地貌特征和施工进度状况，并可实时操作系统中各类对象功能的仿真地形模拟系统。
　　研究工作建立在科学可视化和计算机图形处理技术基础上，并针对水利工程特性进行的。系统以成熟的微软VC为开发环境，充分利用OpenGL各种数据、图形类，用标准模块化设计来实现各个功能。在实现过程中通过对包装盒判定算法和拾取算法进行改进，提高了仿真模拟系统中判定坐标效率和拾取对象的成功率，并通过实验验证了改进算法的性能。
　　最后，本文验证了如何构建一个完整成熟的可视化水利施工平台，其研究成果应用于水利工程施工现场模拟将有效提高施工工作效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究发展趋势

1．4 本文内容及结构

第二章 三维地形可视化中有关概念与技术

2．1 三维地形的基本概念

2．2 地形三维可视化技术

2．2．1 水利工程中三维地形几何模型

2．2．2 等高线地形图数字化的原理

2．2．3 等高线的提去与矢量化

2．2．4 基于等高线生成DEM

2．2．5 DEM数据共享和利用

2．3 三维几何模型

2．3．1 基本图形生成方法

2．3．2 几何图形的生成

2．3．3 几何模型的表示方法

2．4 几何变换

2．5 真实感图形与可视化技术基础

2．6 本章小节

第三章 水利工程中三维可视化系统设计

3．1 系统的设计开发背景

3．2 系统的总体需求分析

3．3 系统设计

3．3．1 系统运行硬件系统和软件系统支持

3．3．2 三维地形场景的设计思路

3．4 本章小结

第四章 可视化中有关算法的改进

4．1 基于OpenGL三维拾取

4．2 核心算法及改进

4．2．1 设定渲染输出窗口

4．2．2 法向量求法

4．2．3 模型空间判定包围盒算法

4．2．4 OpenGL实现基于DEM包装盒策略

4．2．5 改进传统包装盒算法和求交算法来提高拾取效率

4．2．6 利用三维投影改进包装盒拾取算法效率

4．3 本章小节

第五章 水利工程中的三维地形场景绘制与实现

5．1 数据准备

5．2 主要工具

5．3 绘制过程

5．3．1 OpenGL显示流程与工作顺序

5．3．2 场景建立

5．3．3 VTK支持下的三维可视技术

5．3．4 漫游、拾取的实现

5．4 数据转换

5．4．1 3DS文件概述

5．4．2 3DS文件的读取

5．4．3 其他可选的3DS文件的转换导入法

5．5 应用实例

5．5．1 DEM数据完成地形生成实例

5．5．2 OpenGL场景中显示了天、地

5．5．3 OpenGL场景中物体模型改良方法对比测试

5．5．4 OpenGL场景对象拾取对比测试

5．5．5 评价

5．6 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 进一步工作的展望

参考文献

致谢