道路工程网络三维交互式可视化关键技术研究及应用

摘要

道路工程网络三维可视化技术是实现道路工程领域信息化的一项重要内容，在道路工程的应用可以贯穿设计、施工及运营的全生命周期，具有重要的研究意义。本文综合应用了道路路线设计、计算机网络技术、计算机图形学、网络地理信息系统等理论和方法，针对道路工程网络三维可视化中道路三维建模、网络框架、海量三维模型数据的调度与快速传输以及与网络地理信息系统的集成等关键问题进行了深入的研究。主要研究内容和成果如下： （1）在分析和对比几种常用的计算机网络模型及体系结构的基础上，设计了基于HTTP协议的三层B/S网络架构，该架构能够充分满足道路工程网络三维可视化的可靠性、扩展性、灵活性等要求。 （2）基于几何三维模型构建技术，实现了组成道路三维场景各要素模型的快速建模，将道路三维场景这一复杂实体划分为若干要素子实体，分别研制了各子实体的三维建模方法，然后将各子模型拼合成整体，为道路工程网络三维可视化研究提供了建模基础。 （3）针对海量道路三维模型数据实时快速传输与当前网络带宽限制的矛盾，提出了一种面向传输的多分辨率简化算法，该算法在服务器端将原始三维模型分解为最粗糙模型和一系列细节层次记录，并且最粗糙模型在客户端具有自动恢复到原始模型的能力，实现了客户端海量模型数据的“边浏览，边下载”。结合离散化处理、数据缓存、数据压缩等技术进一步优化了海量模型数据的管理和传输。 （4）提出了基于高性能图形显示卡的客户端道路三维场景快速绘制方法，综合运用可视范围撷取、显示列表、VBO等技术提高复杂道路三维模型在远程客户端的渲染效率，并分析讨论了GPU可编程技术在道路工程网络三维可视化中的应用前景。 （5）研究了Web3D与WebGIS的集成和交互技术。在构建了一种基于MapXtreme的道路工程WebGIS平台的基础上，设计了Web3D系统与WebGIS系统的客户端联动和双向通信机制，实现了在客户端三维交互式场景和二维电子地图中，针对道路工程设计信息和实时施工信息的远程快速查询。 （6）综合运用以上所述方法和技术，在导师的指导和同学的协助下，结合有关课题，采用J2EE、Jogl等编程工具，开发了基于Web3D与WebGIS的高速公路建设信息远程可视化综合查询平台，并将该平台应用于常吉和广巴高速公路建设管理中，实践证明了本文所述关于道路工程三维网络可视化的理论和方法的实用性和正确性。

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声明

第一章绪论

1.1引言

1.2研究目的及意义

1.3国内外研究现状

1.4主要研究内容

1.5论文结构

第二章网络结构总体设计

2.1概述

2.2计算机网络模型与协议

2.3计算机网络体系结构

2.4系统各模块选型

2.4整体框架和功能逻辑设计

第三章道路三维建模

3.1三维模型的构建方法

3.2地形三维模型

3.3道路三维模型

第四章三维模型多分辨率简化算法

4.1概述

4.2常用的三维模型简化技术

4.3面向传输的模型多分辨率简化算法

第五章海量模型数据传输优化策略

5.1模型的离散化处理

5.2数据缓存设计

5.3数据压缩传输

5.4并行传输

5.5三维模型总体调度流程

第六章 客户端三维模型快速绘制技术研究

6.1概述

6.2可视范围撷取

6.3显示列表

6.4 VBO顶点缓存

6.5 GPU直接编程技术

第七章Web3D与WebGIS技术集成

7.1概述

7.2道路WebGIS平台构建

7.3道路WebGIS平台改进和优化

7.4 Web3D与WebGIS的集成与双向查询

第八章系统开发及应用实例

8.1概述

8.2系统概况

8.3系统界面

8.4系统模块

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及科研情况