基于WebGL的三维地形可视域分析算法研究

论文摘要

3D地理信息系统(Geographic Information System,GIS)中的可视域分析在人们对地理空间的感知、认知中起到了重要作用,广泛应用于景观分析、城市规划、军事、游戏等领域。本文基于此研究了基于三维地形的可视域分析的相关理论,并针对现有算法在浏览器端的不足,提出了一种基于WebGL的改进算法,使之可以高效的应用于浏览器中,并结合实际案例,对于可视域分析在实际生产生活中的重要作用进行探讨。本文主要研究内容及结论如下:对可视域分析相关理论知识进行梳理总结,详细剖析了可视域分析的两大基本因素,通视性分析以及可视域,其中通视分析是整个可视域分析的基础,如何有效的计算两点间的通视性关系到可视域分析算法的复杂度,这也是之后进行算法改进的核心点,介绍了常用的四种通视性算法并对其各自优缺点进行比较,使用时根据合适情况选择对应方法。同时分析了三种常用的基于视线的可视域分析算法,对于每种算法的原理进行了详细阐述,为后文提出的改进算法打下理论基础。在已有的基于视线的可视域分析算法的基础上提出了一种高效的改进可视域算法。其改进原理主要是依靠地形连续性情况下,对于前点可视性的复用,从而节省大量计算,同时对于采样点的选取也根据视线半径进行优化处理,以最大限度的提升算法效率。使用该改进算法与传统基于视线算法以及软件中的可视域分析进行实验对比,分别在山地、丘陵、平原等不同地势区域执行可视域分析,对算法执行时间以及计算点数进行统计,可以看到改进算法在执行时间上的提升非常明显,计算量大幅降低,尤其是在地势平坦、遮挡较少区域,改进算法的效果尤为明显。通过实验结果对比也很好的验证了改进算法的高效性。结合改进算法,利用Cesium平台,构建基于WebGL的可视域分析系统,其中有三个核心技术点,影像以及地形数据加载、观察点选取、可视域计算与显示,结合Cesium相关技术,对这三个关键点进行分析并编程实现。最后利用构建的基于WebGL的可视域分析系统结合实际案例,以武当山景区为例,选取五个著名景点,执行景观可视域分析,并通过新增点进行可视域分析说明新建景观点的合理性,阐明了三维地形可视域分析在景观分析、规划、设计中重要作用,同时对于武当山森林防火瞭望台的选址利用可视域分析进行了分析布局规划。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 三维GIS发展现状
•     1.2.2 WebGL发展现状
•     1.2.3 可视域分析研究现状
•   1.3 研究目标与内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 技术路线
•   1.4 本文组织结构
• 2 可视域分析相关理论及算法
•   2.1 地形模型基础
•     2.1.1 DEM数据模型
•     2.1.2 DEM高程插值算法
•   2.2 可视域分析基础
•     2.2.1 通视性分析
•     2.2.2 可视域
•   2.3 基于DEM的可视域分析算法
•     2.3.1 R3可视域分析算法
•     2.3.2 R2可视域分析算法
•     2.3.3 XDraw可视域分析算法
•     2.3.4 可视域分析算法比较
•   2.4 本章小结
• 3 基于WebGL的改进可视域算法
•   3.1 算法改进策略
•   3.2 改进算法原理
•   3.3 实验分析与对比
•     3.3.1 实验环境与数据
•     3.3.2 实验结果与分析
•     3.3.3 实验总结
•   3.4 本章小结
• 4 基于WebGL的可视域分析实现与应用
•   4.1 Cesium基本介绍
•   4.2 基于Cesium可视域分析系统的构建
•     4.2.1 影像及地形生成与显示
•     4.2.2 观察点选取
•     4.2.3 可视域分析与显示
•   4.3 可视域分析案例与应用
•     4.3.1 武当山景观可视域分析
•     4.3.2 武当山森林防火暸望台选址分析
•   4.4 基于城市建筑的可视域分析
•   4.5 本章小节
• 5 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨翔宇

导师: 张文元

关键词: 可视域分析,三维地形,通视分析,景观分析

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,计算机软件及计算机应用

单位: 华中师范大学

分类号: P208

DOI: 10.27159/d.cnki.ghzsu.2019.000930

总页数: 68

文件大小: 7904K

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