基于几何元素的具有影像纹理的：三维空间数据模型

基于对城市三维地理信息系统中复杂对象进行描述，以及三维空间查询和影像纹理真实化表达的需要，将空间现象抽象为点对象、线对象、面对象、体对象、数字地面模型和栅格影像6类。基于点、直线段和面片3类几何元素，建立了具有真实影像纹理的三维地理信息系统的空间数据模型，并给出了其数据存储结构。理论分析表明，该模型不仅可以表达规则对象，也可以表达非规则对象，同时还可以依据模型中隐含定义的几何元素之间的拓扑关系，方便地推求空间对象之间的空间关系。相对于矢量栅格集成的数据模型而言，该模型把三维几何建模矢量数据和影像纹理栅格数据分开存储，可以方便地在关系数据库中予以实现，同时，采用基于面片几何元素的形式很容易实现空间面对象或体对象的不同侧面的影像纹理贴加。     

基于几何元素的城市三维地理信息系统空间数据模型

空间数据模型是建立城市三维地理信息系统的核心问题。基于不同的城市空间对象划分方法 ,提出了城市三维地理信息系统的 18个空间数据模型 :①把空间现象抽象为点对象、线对象、规则面对象、规则体对象、不规则对象和DTM等 6类对象 ,基于 6种几何元素 (点、直线段、多边形、函数构造面、TIN面片、规则体素 )的不同组合 ,提出了城市三维地理信息系统的 9个空间数据模型 ;②把空间现象抽象为 5类对象 ,分别为零维空间对象 (点对象 )、一维空间对象 (线对象 )、二维空间对象 (面对象 )、三维空间对象 (体对象 )和DTM ,基于 6种几何元素的不同组合提出了 8个空间数据模型 ;③把空间现象抽象为零维对象、一维对象、二维对象、三维对象和DTM ,基于点、直线段、TIN面片、多边形、规则面、不规则面等 6类几何元素提出了一个空间数据模型。通过对一个数据模型的实验验证和各模型的理论分析 ,说明了这些模型的特点及可行性。     

基于几何元素的城市三维地理信息系统空间数据模型

空间数据模型是建立城市三维地理信息系统的核心问题。基于不同的城市空间对象划分方法，提出了城市三维地理信息系统的18个空间数据模型：①把空间现象抽象为点对象、线对象、规则面对象、规则体对象、不规则对象和UrM等6类对象，基于6种几何元素(点、直线段、多边形、函数构造面、TIN面片、规则体素)的不同组合，提出了城市三维地理信息系统的9个空间数据模型；②把空间现象抽象为5类对象，分别为零维空间对象(点对象)、一维空间对象(线对象)、二维空间对象(面对象)、三维空间对象(体对象)和DTM，基于6种几何元素的不同组合提出了8个空间数据模型；③把空间现象抽象为零维对象、一维对象、二维对象、三维对象和DTM，基于点、直线段、TIN面片、多边形、规则面、不规则面等6类几何元素提出了一个空间数据模型。通过对一个数据模型的实验验证和各模型的理论分析，说明了这些模型的特点及可行性。     

基于八叉树的复杂矿体块段模型高效构建

针对复杂矿体结构模型三角形面片数量大、模型几何质量不高,致使基于结构模型构建块段模型非常耗时、鲁棒性不高等问题,提出通过三维到二维的转换方式,将体元与多面体内外关系的三维判断转化为在二维面上进行多边形区域内外点集筛选的方法,并结合栅格扫描法,实现三维复杂矿体的块段模型快速构建算法;通过引入伪八叉树作为规则网格与八叉树模型的桥梁,实现基于八叉树的块段模型高效构建.实验结果表明:该算法可以处理任意复杂矿体模型构建基于八叉树的块段模型,速度快、鲁棒性高,不仅适用于基于矿体结构模型构建块段模型,也适用于同类三维矢量数据向三维栅格数据的转换.     

数字城市三维模型的可视化技术

城市表面几何对象经过模型化后，都以数字的形式存储在计算机中，只有将其模型进行可视化，才能看到虚拟的城市及模型化后的城市．主要讨论了采用纹理和贴图技术、LOD模型、动态多分辨率的纹理与影像优化技术，以此来提高城市三维模型的表达、可视化效果．     

投影制图中的新概念——逆射与相交

为了更有效地训练和提高学生的空间思维能力和三维构形能力,在画法几何与投影制图的教学过程中,有必要增加一个从二维向三维转换的教学环节,即从几何元素的二维投影表达出发,实现三维形体的重建和三维环境下的定位、测量。在画法几何与投影制图的教学过程中,应用作者开发的图形教学软件Projector,操作者可以方便地从空间点、线、面、体,得到平面投影,也可以从已知平面投影出发,求解空间几何问题。     

城市地下空间信息三维数据模型研究

系统分析了现有的三维空间数据模型的形式和特点,为城市地下空间信息基础平台空间数据模型的选择提供了甄别的依据.针对城市地下空间信息三维建模和可视化分析的特点和要求,设计了面向空间结构信息和空间属性信息建模与可视化的三维空间数据模型.对于城市地下空间几何结构信息（包括三维地质体几何结构、地下构筑物和地下管线）的建模与可视化,设计了一种基于边界表示,面向地下空间实体并兼顾拓扑关系的三维矢量数据模型;对于地下空间属性信息的建模与可视化,采用三维栅格数据结构来组织表征地质体内部物理和化学属性参数的规则体数据;并根据地质属性建模与地质结构建模的关系和要求,实现了由三维矢量模型向三维栅格模型的转换.     

点模型上基于样图的纹理合成

[目的]目前已有的在三维点模型上的纹理合成方法,是将点模型进行三角面片化后再进行纹理合成操作,本研究的目的是避免三角面化的过程,得到一种直接在点模型上操作的、快速有效的纹理合成方法.[方法]首先,用KD树为三维点模型上的每一点建立领域,然后为每一点在样图中寻找最匹配的纹理值,最后通过基于点的绘制技术完成纹理合成.[结果]本研究方法能在三维点模型上生成连续光滑的纹理,且保持了原样图的纹理结构.[结论]本研究的纹理合成方法是有效的,并且和传统的三维纹理合成算法相比,本方法费时更少、更灵活可控.     

点模型上基于样图的纹理合成（英文）

【目的】目前已有的在三维点模型上的纹理合成方法,是将点模型进行三角面片化后再进行纹理合成操作,本研究的目的是避免三角面化的过程,得到一种直接在点模型上操作的、快速有效的纹理合成方法。【方法】首先,用KD树为三维点模型上的每一点建立领域,然后为每一点在样图中寻找最匹配的纹理值,最后通过基于点的绘制技术完成纹理合成。【结果】本研究方法能在三维点模型上生成连续光滑的纹理,且保持了原样图的纹理结构。【结论】本研究的纹理合成方法是有效的,并且和传统的三维纹理合成算法相比,本方法费时更少、更灵活可控。     

GIS系统中多维海洋数据可视化研究

提出设计混合型GIS系统解决方案,可以在同一个视图窗体中分别从海洋表面、海洋内部、海底表面和海底深部四个空间层次来可视化显示2D,2.5D和3D矢量栅格海洋数据.Geodatabase地理数据模型有助于统一组织、管理、可视化表达多维海洋数据,是构建海洋地理数据库的有效方式.基于ArcEngine软件开发设计混合型GIS,表明混合型GIS能够真实地表达数据几何位置,不仅能够表达空间对象之间的平面关系,而且能描述和表达它们之间的垂向关系,保证用户能够对多维海洋空间对象进行空间操作.     

地理信息系统中的对象代数

在一般空间数据库中同时使用关系代数和图象代数给查询优化带来困难．本文提出一种合并的对象代数以支持地理信息系统中的复杂查询．代数的基础是规范化的面向对象的空间数据模型，该模型将图象代数操作与空间物体属性一起集成于物体基元的定义中．最后讨论了基于对象代数上的查询优化．     

基于地理标识语言的空间数据查询模式与实现

提出了基于地理标识语言（GML）的地籍和房产空间对象模型,并以此探讨了基于可扩展标识语言（XML）的地籍空间对象及其关系的查询模式,给出了基于XQuery的查询实现方法．开发了一个采用JAVA、文档对象模型（DOM）、简单应用程序接口（SAX）和XQuery的空间数据管理应用平台,验证了本文提出的基于GML的空间对象模型和基于XQuery实现查询XML地籍空间数据与空间关系的可行性．     

基于区域性椭球面的三维GIS可视化模型

在椭球面数字地面模型 (DTM)的基础上 ,结合道路设计领域的特点 ,将空间实体划分为独立点状实体、线实体、紧贴于地面的面实体和体实体等类型 ,通过空间现象与椭球面DTM的叠加 ,首次提出了一种直接基于椭球面的三维GIS可视化模型 ,具体实现了道路、河流、湖泊、建筑物等实体模型 ,并进一步探讨了基于椭球面上测地坐标系统的三维可视化方法 ,从而真正实现了在一个统一的真三维坐标系中表达和处理空间现象 .     

简化电子地图数据模型

提出了实现电子地图数据存储的一种实用模型。该模型将地图中的地理元素作为对象管理,整个模型分为高层地图元素对象、投影过程和低层几何对象三部分。其中每个几何对象都与一个高层地图元素对象相对应。几何对象将它的空间数据用群进行管理,非空间数据用常规关系数据库存储。通过对象内在唯一标识符进行两种存储的互访和操作。     

三维城市模型的统一表示

针对解决多维、多类型空间数据信息的透明集成管理与各种应用问题,在三维城市模型不同应用的分类和综合分析基础上,从概念层次提出了一种统一矢量数据与栅格数据、连续表面和离散实体的二维表达与三维表达的三维城市模型。该模型具备对任意复杂目标的多种细节层次表达和描述能力,为建立自动理解与解析分析的数学描述提供了理论依据。     

基于凸面几何学的凸体Yee元胞建模

为了解决利用时域有限差分(finite difference timedomain,FDTD)方法实现凸体的电磁散射特性数值计算中,普遍遇到的Yee元胞建模问题,该文提出了关于凸体的一种新的Yee元胞建模方法。其主要思路是利用凸面几何学的理论判断空间任意一点和凸体每一个体元之间的位置关系,进而可以判断此点与整个凸体的位置关系,由此建立了凸体的Yee元胞建模方法,此种方法称为凸体的凸面几何学Yee元胞建模(convex geometry Yee cells model building of convexobject,CGYCMBCO)方法。CGYCMBCO方法给出了4个凸体的Yee元胞建模的实验结果,实验结果表明CGYCMBCO方法适用于任意凸体,能给出任意凸体的Yee元胞。     

基于凸面几何学的凸体Yee元胞建模

为了解决利用时域有限差分(finite difference timedomain,FDTD)方法实现凸体的电磁散射特性数值计算中,普遍遇到的Yee元胞建模问题,该文提出了关于凸体的一种新的Yee元胞建模方法。其主要思路是利用凸面几何学的理论判断空间任意一点和凸体每一个体元之间的位置关系,进而可以判断此点与整个凸体的位置关系,由此建立了凸体的Yee元胞建模方法。此种方法称为凸体的凸面几何学Yee元胞建模(convex geometry Yee cells model building of convexobject,CGYCMBCO)方法。CGYCMBCO方法给出了4个凸体的Yee元胞建模的实验结果,实验结果表明CGYCMBCO方法适用于任意凸体,能给出任意凸体的Yee元胞。     

光栅投影三维物体重建中的二值化方法研究

在光栅投影成像三维物体表面重建中,由于阴影和光照不均匀的影响,采用传统的时域二值分割方法,难以得到高质量的分割图象．为此,提出了两种图象分割算法：全曝光明图对比空域二值分割算法和分组最大方差空域二值分割算法．这两种分割算法主要是在空域上的每个位置同时考虑所有的二维光栅投影图,从而大大克服了阴影的影响以及光照不均的影响．实验证明,这两种方法提高了光栅投影图的二值分割质量,使得最终的重建结果更为精确,所提出的两种二值分割算法操作简单,易于实现．     

An Index mechanism for multi-scale view in spatial databases

There are numerous geometric objects stored in the spatial databases. An importance function in a spatial database is that users can browse the geometric objects as a map efficiently. Thus the spatial database should display the geometric objects users concern about swiftly onto the display window. This process includes two operations: retrieve data from database and then draw them onto screen. Accordingly, to improve the efficiency, we should try to reduce time of both retrieving object and displaying them. The former can be achieved with the aid of spatial index such as R-tree, the latter require to simplify the objects. Simplification means that objects are shown with sufficient but not with unnecessary detail which depend on the scale of browse. So the major problem is how to retrieve data at different detail level efficiently. This paper introduces the implementation of a multi-scale index in the spatial database SISP (Spatial Information Shared Platform) which is generalized from R-tree. The difference between the generalization and the R-tree lies on two facets: One is that every node and geometric object in the generalization is assigned with a importance value which denote the importance of them, and every vertex in the objects are assigned with a importance value, too. The importance value can be use to decide which data should be retrieve from disk in a query. The other difference is that geometric objects in the generalization are divided into one or more sub-blocks, and vertexes are total ordered by their importance value. With the help of the generalized R-tree, one can easily retrieve data at different detail levels. Some experiments are performed on real-life data to evaluate the performance of solutions that separately use normal spatial index and multi-scale spatial index. The results show that the solution using multi-scale index in SISP is satisfying.