基于LOD的海量城市模型调度与视点预测算法研究

摘要

位置服务能力、空间还原能力、数据的组织和分析能力是智慧城市核心技术的基础，而空间还原能力中海量城市模型的流畅显示在基于二三维的地理信息系统中显得至关重要。本文针对海量城市模型三维显示中调度慢所造成的不流畅问题，一方面依据模型调度索引机制，改进了基于四叉树索引的模型调度方法：另一方面，基于视点运动轨迹预测，提出了一种卡尔曼滤波的视点运动轨迹预测改进算法。 基于四叉树索引的模型调度方法用以地形块为最小单位的四叉树算法，对海量数据进行规划方格划分，为模型创建新的索引标识；进而采用层次细节技术(Levels of Detail，LOD)，根据视点远近实时裁剪城市模型；然后将规划方格高度误差作为DH矩阵粗糙度的计算方法消除地形裂缝。本文基于VS2010与OpenSceneGraph(OSG)开源平台，实现了三维模型海量数据的快速可视化，在系统导入352G沧州市模型数据进行测试，实时渲染412个到3561个不同数量模型时，得到的三维实景浏览速率均不低于30帧/秒，比现有系统18帧/秒的浏览速率提高了30％。 卡尔曼滤波的视点运动轨迹预测改进算法，根据上一帧及当前帧的视点位置信息得出下一帧的视点位置，并提前将潜在可视域加载至内存，减少地形块调度的等待时间。通过对沧州市和西京医院数据设置对比实验，结果显示，与不做视点预测处理的算法相比，该方法使帧率提升20％;与拉格朗日预测算法相比，使帧率提升10％，有效提高了系统三维显示的流畅度。

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1 绪 论

选题背景及研究意义

现有城市化进程的不停推进，都市持续涌入外来人口。各城市的可持续发展及规划过程出现阻碍，构建智慧城市已

国内外研究现状

正文分成五个章节，各章节内容简述如下：

第一章介绍三维可视化技术研究的背景意义，分析海量空间数据三维渲染技术的相关算法的海内外研究近状，并简

第二章对城市模型层分细节处理技术进行研究和探讨，研究发现LOD算法可以提升城市模型显示的多层次和高精

第三章通过对基于四叉树结构的模型索引和调度算法改进分析，该章在LOD技术的基础上与四叉树算法相结合，

第四章介绍卡尔曼滤波算法在三维可视化中的运用基础及实施原理，同时将卡尔曼滤波算法与基于改进四叉树的模

第五章分为总结与展望两部分，总结概括了本论文的主要研究内容，并对其中的算法难点及解决方法一一讲述。展

2 海量模型三维渲染层分细节算法概述

2.1 LOD技术分析

2.1.1 LOD算法简介

2.1.2 LOD模型选取

2.2 连续型LOD模型渲染优化

2.3城市模型的LOD处理

3 基于改进四叉树的模型调度索引算法研究

3.1 四叉树调度索引算法分析

3.1.2 节点评判准则

3.1.3 规划方格的渲染及裂缝消除

3.2 DH矩阵的生成

3.3 渲染算法优化

3.3.1 视点突跳现象处理

3.3.2 视点高度平滑

3.4 实验结果

3.5 本章小结

4.1 视点预测算法简介

4.2 视点运动轨迹预测

第二步，修正视点运动状态参数，同时创建测量方程，通过视点在坐标系中的位置观测值建立如下方程式:

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致 谢