基于球体退化八叉树的全球三维网格与变形特征

基于投影的度量空间变换为数字地球及数字区域建设带来了几何裂缝、投影变形等问题,解决问题的根本途径是摒弃投影.直接在球体流形空间建立统一的地球空间基础框架.该文将球面离散网格向球体内部扩展,基于球体退化八叉树提出一种全新的全球三维空间网格剖分方法--球体退化八叉树网格(SDOG).SDOG具有多层次、多分辨率特性,且网格单元面积、体积变形稳定,可对包括地球在内的任意球体进行有序的多层次三维空间剖分,可为全球空间数据集成组织与检索、多层次空间建模与可视化、地球系统科学研究等提供统一的地球空间基础框架.     

约束Delaunay四面体剖分在三维地质建模中的应用

简要介绍了地质建模概念及层状地质体建模方法,考虑到Delaunay三角剖分良好的边界约束适应能力,提出了一种以地质层面Delaunay三角网为约束条件进行约束四面体剖分构建地质模型的方法。在通过对南京河西地区钻孔数据进行自适应插值处理后,应用此算法构建该地区的三维地下浅层空间地质体模型,实践证明该方法能够得到可视化效果较好的地质模型,并可高效地支撑地学空间分析与计算,为城市规划提供更好的决策支持。     

基于知识的地质剖面图生成器研究和实现

三维数据的获取一直是地质体可视化的难点,三维剖面建模技术通过二维的剖面图来描述地层等信息,将三维问题二维化,为三维数据获取提供了解决方案。但在利用计算机自动绘制剖面图的过程中,不但需要钻孔数据,还需要利用专家知识来绘制剖面图,因此提出将已有的专家手工绘制的剖面图作为一个重要的数据来源,生成虚拟钻孔数据,获取剖面生成知识。在此基础上,给出基于知识的剖面器开发方法,研究剖面图的数据模型和知识应用模型,并给出剖面图生成实例。     

嵌入式马尔科夫链的地质属性建模与应用

传统的地质统计学所形成的算法理论和方法(如克里格算法)过分依赖样品的数据,变异函数参数众多,给地质模拟造成很大困难。基于马尔科夫链的地质属性建模采用转移概率描述样品区域的各种参数变量,通过转移概率矩阵直接推导地质属性分布比例、平均长度,其简化了地质空间各向异性处理过程,克服了传统地质统计学中参数众多且复杂难以计算和地质体分布过程中存在不对称性等缺陷,使得整个地质属性建模的过程更简洁、清晰,容易理解,且建模的结果可以很好地反映地质体空间分布的复杂性。该文利用马尔科夫链对南京市河西地区的新近地质层进行了地质属性建模,实例应用表明,使用该模型进行地质属性建模可为进一步的数值模拟提供支持。     

MicroMine软件在资源储量估算中的应用

近年来,随着计算机仿真和可视化技术的进一步发展,三维可视化建模技术在地质工作中的应用日趋成熟,地质工作者通过三维建模,可以大致了解地质体的赋存情况等问题。三维可视化建模技术就是运用现代空间信息理论来研究地质体及其环境的信息处理、数据组织、空间建模与数字表达,同时利用科学可视化技术来对地质体及其环境信息进行真三维再现和可视化交互的科学与技术。MicroMine软件能够帮助用户在矿产勘查、开采过程中提供各种技术指导和解决方案,同时还可以为矿山企业的资源评价与管理、矿山开采设计等生产技术管理和项目决策提供了有利的方案。本文主要对MicroMine软件的基本原理、应用以及操作流程等问题作简单的介绍。     

面向实时可视化的煤层三维模型构建与三角剖分

通过研究煤层构造的特征和煤田勘察数据的生产特点,提出一种基于三维格网的虚拟不规则六面体层状包络体动态建模方法,可较好地描述煤层的地质形态;根据煤层格网数据单元格种类(5种类型)的不同和每个单元中无效点分布情况,提出一种基于上述六面体单元的三角网剖分算法,可实时地从数据库中调用分块的层状格网模型数据,经过一次六面体格网单元的遍历,即可将格网数据动态剖分成无缝、不重复、具有方向的三角面片,然后由显示引擎进行实时三维可视化表达。该模型结合了三角网具有利于实体表面三维可视化渲染的特性和四边形规则格网模型有利于通过插值生成的优势,模型构建算法可基于数据库中的数据进行动态渲染,有利于数据更新,使模型简洁、高效,冗余较少。     

菱形三十面体六边形全球离散格网系统构建算法

全球离散格网系统是递归剖分整个地球空间形成的多分辨率离散地球参考模型,有助于建立以空间位置为主键的多源数据关联融合新模式。正二十面体的三角面不利于建立格网单元行列索引,且生成的球面格网单元存在较大形状差异,对此,该文采用面数更多、结构更优的菱形三十面体构建六边形全球离散格网系统。首先,在单个菱形面上建立离散斜坐标系描述多种孔径六边形剖分产生的多分辨率格网;其次,根据菱形三十面体的几何属性确定跨面单元归属,据此拼接各面上的多分辨率单元,构成封闭三十面体上的格网系统;最后,通过Snyder等积多面体投影将封闭菱形三十面体上的格网系统映射至球面。实验结果表明,相比二十面体的同类成果,菱形三十面体六边形全球离散格网系统的几何属性和应用潜力更好,有助于建立地球空间信息数据的高精度承载模型。     

基于TIN数据三维地质体的折剖面切割算法

为有效分析地质模型的内部结构,研究直接利用折切面对模型数据进行几何切割的算法。该算法面向基于TIN数据表达的三维地质体,包括"折剖面的生成"和"被切割地质体的拆分"两大关键步骤;采用向二维平面投影的策略,将复杂的切割转化为交线的快速连接、三角形重新剖分和点与多边形的包含测试等简单操作。对不同复杂程度的三维地质模型进行切割实验,发现化繁为简和二维投影策略极大地提高了算法效率。     

基于ArcGIS Engine的钻孔三维精细地质模型自动构建方法研究

针对ArcGIS软件复杂钻孔三维精细地质模型自动构建研究存在的不足,该文在简要分析MultiPatch三维空间数据模型和深入研究复杂钻孔三维空间精确定位方法的基础上,探讨了基于ArcGIS Engine的复杂钻孔三维精细地质模型自动构建工作流程,并从空间精确定位、属性精细表达两个层面对钻孔三维精细地质模型构建算法进行了设计与实现.经软件功能研发及实际应用检验表明,该研究能够有效实现复杂钻孔精细地质属性特征的三维空间精确定位及多尺度精细表达,为应用ArcGIS Engine自动构建复杂钻孔三维精细地质模型提供了一种新的有效途径,也可为基于ArcGIS Engine的复杂地质体三维可视化建模及精细地质属性表达研究提供应用借鉴.     

基于GIS-GOCAD耦合技术的三维地质建模

常规GIS技术建立的伪三维模型不能满足复杂地质体三维建模的需要,也不能用于三维数值模拟计算.GOCAD采用离散平滑内插方法(DSI)计算三维图形中线段或三角形的节点位置,降低了线或面的粗糙程度,实现了真三维模型的构建.为了充分发挥GIS空间数据处理能力和GOCAD真三维建模能力,研究基于GIS-GOCAD耦合技术的三维地质建模,实现了从GIS的2D数据结构到GOCAD的3D数据结构的自由转换,提升了GOCAD的三维地质建模能力.选取成兰铁路(成都—兰州)龙门山段作为示范研究区,建立其三维地质模型,直观、立体地展示了研究区地质体结构的宏观基本形态,并为进一步的三维数值模拟奠定了几何模型基础.     

三维景观GIS几何建模方法——以无锡唐城为例

本文实现了以 4D测绘数据 (DEM、DOM、DLG、DRG)为基本数据源的无锡唐城古建筑三维数字景观GIS。同时 ,在三维GIS传统三维空间数据模型的基础上 ,提出面向对象的三维建模点对象的划分不同与二维GIS中的点对象 ;针对基于面状的三维GIS,提出有向曲线构建面状复杂单体的几何建模方法是较为简捷的途径。     

面向对象技术在GIS数据库中的应用研究

地理信息系统（GIS）在国民经济和社会生活中得到了广泛的应用，基于GIS的地理数据库是这些应用的重要组成部分，在论述地理信息系统数据库概念的基础上，讨论了现有的空间数据模型在表现地理对象方面的优缺点，提出应用面向对象技术来解决地理对象在地理信息系统数据库中的表示和存储，最后，对GIS数据库开发的趋势进行了展望。     

GIS和GOCAD支持下的矿山3D地质建模

在综合分析3D地质数据模型的基础上.提出将源数据模型分为GIS可描述和GIS不可描述数据模型的分类方法,在ArcGIS和G0(:AD平台下构建了基于GIS的多元、多方法集成的矿山3D地质模型.ArcGIS平台下描述GIS可描述数据模型,并进行数据管理和空间数据分析;GIS不可描述数据模型一方面在GOCAD下描述复杂的地质构造,另一方面采用面向对象的聚合派生法描述矿山工程模型中的空间实体,并利用Geodatabase建立两者的关联.实例应用表明,该方法保持了数据在空间和时间上的一致性,为矿山安全生产管理提供了有效和可靠的空间数据及可视化支持.     

基于GIS的地质勘察信息系统设计与实现

从地质勘察领域分析入手,揭示三类主要数据内容及其内在联系,把握地质勘察领域的实质问题。采用信息系统实现关键技术与方法,建立地质勘察领域UML可视化需求模型,构建系统的三层架构体系,设计系统功能可视化组件图和系统数据库结构图。此研究内容与方法在深圳市地质勘察信息系统中成功实现,研究成果被列为科技项目成果推广应用。     

面向对象整体GIS数据模型的设计与实现

本文在前期GIS概念数据模型研究的基础上 ,提出了面向对象整体GIS数据模型 ,并针对整体GIS软件的实现在系统数据组织、存储结构与访问机制方面进行了较为深入的探讨 ,Deskpro最后简单介绍了基于整体GIS数据模型的商品化软件———SuperMapDeskpro的实现情况     

基于紧密型二三维结合的GIS构架与系统实现

在三维系统中实时渲染二维图层是实现紧密型二三维结合GIS的关键.该文在二三维结合实现三维GIS的基础上,提出了基于LOD(Level of Detail)的二维图层与三维地形叠加的渲染构架和紧密型二三维结合GIS的初步系统构架,并利用ArcGIS Engine 开发包与World Wind开源软件实现了该原型系统.系统运行结果表明,该构架完全能够满足紧密型二三维结合GIS对渲染效果和效率的要求,成功解决了紧密型二三维结合系统的关键问题.     

三维地质建模若干基本问题探讨

由于地质数据及其应用本身所具有的复杂性、不确定性、信息不完备等特点,使得三维地质建模成为制约三维GIS研究及其应用的主要瓶颈之一。讨论三维空间数据模型的设计,提出“多元数据—多方法集成—多层次干预”的“三多”建模思路;从建模尺度、数据源、建模工具等方面对建模方法进行分类;分析三维地质建模的关键技术,包括三维地质模型构建、海量模型数据操作和多元数据一体化耦合显示;针对三维地质建模系统的开发提出6项建议,分析近期三维地质建模的研究热点。     

The technique of distance decayed visibility for forest landscape visualization

The paper discusses an approach known as ‘distance‐decayed visibility’, implemented using GIS, to the composition of 3D scenes for static forest landscape visualization. The distance‐decay concept is employed to model a spatial interaction in terms of visibility between any observation points and vegetations visible from those points. The vegetation visibility is measured in level of detail where high visibility uses high level of detail and vice versa. The interaction is modelled mathematically using an exponential decay function. The point distribution of projected models on a 3D scene is calculated in GIS to assign an appropriate value of ‘visibility decay constant’ to relate the distance from the observation point to the vegetations with the level of detail of the vegetations in the function. The advantages of the technique as measured against the quantitative benchmarks of rendering time and the number of polygons computed are addressed. Although the forest landscape of the study area consists of a large number of vegetation models, the technique helps to model the relation of vegetation visibility and viewing distance so realistically that the technique yields the visual quality of the result 3D scene visually and statistically comparable to the finest resolution scene.     

An integrated TIN and Grid method for constructing multi‐resolution digital terrain models

Multi‐resolution terrain models are an efficient approach to improve the speed of three‐dimensional (3D) visualizations, especially for terrain visualization in Geographical Information Systems (GIS). As a further development to existing algorithms and models, a new model is proposed for the construction of multi‐resolution terrain models in a 3D GIS. The new model represents multi‐resolution terrains using two major methods for terrain representation: Triangulated Irregular Network (TIN) and regular grid (Grid). In this paper, first, the concepts and formal definitions of the new model are presented. Second, the methodology for constructing multi‐resolution terrain models based on the new model is proposed. Third, the error of multi‐resolution terrain models is analysed, and a set of rules is proposed to retain the important features (e.g. boundaries of man‐made objects) within the multi‐resolution terrain models. Finally, several experiments are undertaken to test the performance of the new model. The experimental results demonstrate that the new model can be applied to construct multi‐resolution terrain models with good performance in terms of time cost and maintenance of the important features. Furthermore, a comparison with previous algorithms/models shows that the speed of rendering for 3D walking/flying through has been greatly improved by applying the new model.     

An efficient method for rendering linear symbols on 3D terrain using a shader language

With the extensive application of virtual geographic environments and the rapid development of 3D visualization analysis, the rendering of complex vector lines has attracted significant attention. Although there are many rendering algorithms in 3D geographic information system (GIS), they are not sufficiently flexible to meet the requirements for rendering linear symbols composed of diverse colors and shapes. However, the interactive rendering of a scene and the accuracy of the symbols are important components for large-scale, complex vector lines. In this paper, we propose a graphics processing unit (GPU)-accelerated algorithm for rendering linear symbols on 3D terrain. Symbol rendering is embedded within the terrain-rendering process, and vector lines are encoded in a 3D texture and then transferred to the GPU. A set of visual properties are used to enrich the expression of symbols with the help of geometric operations in the fragment shader. A series of experiments demonstrate that the proposed method can be utilized for drawing various pixel-exact linear symbols and can achieve real-time rendering efficiency.