基于PCA和CSG的三维城市模型参数化综合简化

摘要

随着信息时代的不断发展，数字城市（智慧城市）建设进程的推进，手机、平板电脑等移动端设备不断普及，电子地图、移动导航等技术的应用也越来越广泛。随着采集到的数据信息的精度不断提高，三维城市模型的数据量越来越大。由于网络带宽和硬件条件的限制，传统的三维城市模型的可视化已经难以在移动端上实现，这就迫切需要对三维城市模型进行综合简化，在确保模型信息准确性和完整性的前提下，尽可能压缩三维城市模型的数据量。
　　参数化技术是一种计算机辅助设计技术，它能够依靠参数（或者变量）与几何形体保持关联，通过调整参数值就可以控制几何形体特征。在本文中提出使用CSG体素作为参数的新思路，以期能够进一步进行三维模型的简化，减少可视化复杂度。PCA（Principal Component Analysis），即主成分分析，可以从多元事物中解析出主要影响因素，揭示事物的本质，简化复杂的问题，它同样可以应用于三维城市模型数据中。
　　本文使用PCA方法对三维数据进行降维，对三维城市模型进行多边形的聚合，从而实现对模型的多边形数目的减少，从建筑物的LOD3模型简化为LOD3ES模型，为下一步简化做准备。
　　CSG（Constructive Solid Geometry），即构造实体几何，也称为体素构造法，它通过基本体素及施加在其上的几何变换、布尔运算、局部修改等方法来构造空间实体，它同样可以应用于三维城市模型的简化。在本文中利用CSG，提出了一个新型数据结构CityTree，并围绕这个数据结构对于PCA简化后的LOD3ES模型进行进一步的简化。通过对三维城市模型进行模型的分割、原型提取、重建，实现了多层次精度下的三维城市模型的可视化。
　　根据实验结果展示，这样的方法确实能够实现在不丢失信息的前提下达到最大的数据压缩量，在实际应用中更加方便和高效。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

1.4 本文结构安排

1.5 创新点

第二章 参数化三维城市模型综合简化研究现状

2.1 三维城市模型可视化

2.2 PCA原理以及应用

2.3 CSG原理以及应用

2.4 三维城市模型的参数化

2.5 三维城市模型的简化

2.6 小结

第三章 基于PCA的三维城市模型综合简化

3.1 基于PCA的三维简化

3.2 基于PCA的综合框架

3.3 基于PCA的多边形的聚合

3.4 整体优化

3.5实验结果

3.6小结

第四章 基于CSG的三维城市模型可视化

4.1 CSG应用于三维城市模型

4.2 基于CSG分割的三维城市模型可视化

4.3 实验分析

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢