基于三维Delaunay三角网的真三维空间可视化技术研究

摘要

近年来，随着计算机技术、空间技术和现代信息基础设施的飞速发展，以及虚拟现实(Virtual Reality)、三维仿真(3Dimension simulation)、科学计算可视化等技术的出现，为真实再现客观世界提供了有效的手段。地形三维可视化技术近年来一直是相关领域的热点研究问题，在三维仿真和虚拟地理环境中占有十分重要的地位。随着遥感技术、卫星技术的发展，获取高分辨率的数字高程数据以及影像纹理数据成为可能，也使地形高程数据和纹理数据异常庞大，超出了一般图形系统的实时渲染能力和内存管理能力，对地形的实时绘制也提出了更高的要求。地形三维可视化技术研究的关键问题就是三维地形模型的管理、调度与实时渲染，以达到提高地形实时显示速度和最大程度提高视觉效果的最佳平衡。可视化技术的使用可以帮助我们更加全面和准确地了解空间信息，分析空间规律，甚至可以为空间信息领域的生产及宏观规划进行辅助决策。
　　只有TIN具有良好的形态，我们才能更好的利用三角网进行问题的分析解决，大量的实验研究表明，Delaunay三角网具有良好的特性，是给定区域点集的最佳三角剖分，且在地形拟合方面表现最为出色。因此本文提出的基于三维Delaunay三角网的真三维空间可视化技术是一项较新的技术，将它用于描述复杂地形的模拟表示，例如山体、隧道等的模拟，可以让我们更好的了解地形并进行分析，以便于为以后的施工建设等做好准备。
　　本课题研究的真三维(True3D Volumetric Display Technique)是一种立体显示技术，也是计算机立体视觉系统中最新的研究方向。目前的GIS系统可视化技术主要用于满足展示、生产模拟地图，在人机交互的数据可视化方面比较弱，对于时间变化的情况，更多的是支持2维或2.5维空间的可视化。因此，很难满足各种现象及其变化复杂性和相互关系，需要提供多维可视化、多媒体、动态表达和智能可视化等技术的支持，开发实用和成熟的可视化工具。基于真三维的空间可视化技术基于体进行划分，复杂性明显，可更真实地反映客观世界，可以进行三维空间的分析和操作。
　　本文的工作主要分成两部分：一，使用Delaunay三角网作为工具，分析前人使用的方法，提出自己的算法构造实物的三维模型网格，并对建立的网格进行质量检测，去除网格质量差的四面体，形成完善的三维实物网格图；二，利用OpenGL的强大功能，对构造的网格进行贴图及渲染，以达到更加接近真实实物的三维可视化的效果。实验结果证明，使用该方法描述的实物达到了很好的真三维可视化效果。