三维场景下森林防火态势标绘研究

摘要

在三维场景下实现三维地形的展现、森林防火应急指挥的态势标绘，能够更加直观的表达森林火险的态势、防火设施、人员分布等森林防火信息，对于森林防火应急指挥具有重要的意义。本文主要研究在低成本、快速构建的森林防火三维场景下创建三维态势标绘符号，并将三维仿真技术应用于森林防火工作中，实现三维地形的展现和三维防火态势标绘符号的绘制。本文主要研究工作如下:
　　 (1)通过分析GoogleMap瓦片地图的投影方式、图片的组织形式及获取图片的网址参数等，构建地图浏览、采集模块，从而实现各种坐标系的相互转化、地形图的多线程下载、地图的拼接及裁剪等功能，形成林区三维数据文件。利用林区三维数据文件构建林区三维场景，在此基础上研究三维森林防火态势标绘。
　　 (2)通过三维数据采集系统所获取的地图、地形三维数据文件，利用三维引擎设计技术，导入三维场景中，形成地表模型。对常用的森林防火点状、线状、面状以及立体的态势标绘符号在三维场景下的标绘进行探索;结合三维引擎，对设计了外部模型导入和直接绘制两种森林防火态势标绘方式。
　　 (3)设计了三维场景下的森林防火态势标绘原型系统，基本实现了森林防火态势标绘的预期功能。
　　 本文主要通过免费获取的网络地理信息数据，实现地图的快速浏览、三维地理信息数据的采集，从而建立三维场景，创建的森林防火态势标绘符号，对森林防火三维场景进行态势标绘，辅助森林火险的应急决策。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外发展动态

1．2．1 森林防火应急指挥系统

1．2．2 三维地理信息技术

1．2．3 标绘技术

1．3 相关概念

1．3．1 三维建模

1．3．2 数字高程模型

2 相关技术及理论

2．1 数字地形建模理论

2．1．1 规则格网数字高程模型数据结构

2．1．2 不规则三角网数字高程模型数据结构

2．1．3 数字地形模型的数据源

2．1．4 LOD图形技术

2．1．5 大规模地形模型构造原理

2．2 基于Google Map空间数据管理整合技术

2．2．1 墨卡托投影

2．2．2 地图瓦片分割技术

2．2．3 瓦片坐标

2．2．4 多重坐标转换的实现

2．2．5 瓦片图片获取

2．2．6 高程数据获取

2．3 三维引擎中的坐标矩阵转换

2．3．1 坐标转换理论

2．3．2 大地坐标与墨卡托投影平面直角坐标的转换

2．3．3 直角坐标与瓦片坐标的转换

2．3．4 大地坐标与图片像素坐标的转换

2．4 计算机图形学及图像处理

2．5 Microsoft DirectX三维引擎设计基础理论研究

2．5．1 Microsoft DirectX技术介绍

2．5．2 三维引擎中的摄像机

2．5．3 三维引擎中的三大空间坐标系

2．5．4 三大坐标系之间的转换

2．5．5 DirectX中的矩阵介绍

2．5．6 常用矩阵及算法介绍

3 森林防火三维标绘符号

3．1 二维标绘系统与三维标绘系统的比较

3．2 标绘符号分类

3．3 森林防火系统中的标绘符号

4 三维标绘系统的架构设计

4．1 需求分析

4．2 系统结构模块

4．3 系统开发环境

5 三维地理信息数据采集

5．1 坐标转换

5．2 多线程下载

5．2．1 设计目标及模块介绍

5．2．2 系统实现过程

5．3 图像裁剪及拼接模块

5．4 三维地理信息数据采集模块

5．4．1 高程数据获取

5．4．2 Mesh网格构建的数字高程模型

6 三维森林防火符号标绘

6．1 三维引擎模块

6．1．1 三维场景的构建及交互式符号标绘架构

6．1．2 三维引擎模块的实现过程及主要代码

6．2 三维外部符号标绘

6．2．1 创建三维森林防火标绘符号

6．2．2 三维标绘符号加载及碰撞检测

6．3 三维内部符号标绘

6．3．1 着火点三维标绘

6．3．2 火灾救援路线符号

6．3．3 过火面符号

7 森林防火三维标绘原型系统

7．1 地图数据浏览、采集系统

7．1．1 地形图与地图之间的切换

7．1．2 地址跳转功能

7．1．3 图像获取功能

7．1．4 地理信息数据获取功能

7．2 三维森林防火符号标绘

7．2．1 导入和清除地表面

7．2．2 导入三维外部森林防火模型

7．2．3 交互式三维防火符号标绘

7．3 三维场景下森林防火态势标绘系统应用

8 结论与展望

参考文献

附录A 多线程下载模块

附录B 用Mesh网格构建数字高程模型

附录C：攻读学位期间的主要学术成果

致谢