海量地形数据的组织与调度方法优化研究

论文摘要

地形是我们赖以生存的场所,对地形的探索有利于我们更好地了解所生存的环境。近年来,随着数字地球的不断发展,人们对地球表面的模拟由二维转变为三维。三维地形可视化技术也是计算机、GIS、虚拟现实等领域研究的重点内容,随着研究区域的扩大及地形分辨率的提高,需要实时处理的地形数据量非常庞大,给有限的计算机内存及处理能力带来了巨大的压力。为解决这一问题,国内外学者进行了大量的研究,并取得了许多重要的研究成果,但仍存在一些尚未解决的问题,如多层次地形数据存储存在大量数据冗余、地形数据编码方式不够完善、数据预取策略效率不高等。因此,要实现海量地形数据的实时可视化,必须有效解决计算机对大规模地形数据的存储、组织与调度的问题。本文针对上述问题,分别从多层次地形数据无冗余存储及编码方式、高效的地形数据预取(缓存)策略等方面入手,优化现有相关算法,设计开发了相应的实验系统对本文提出的优化方法进行验证。主要内容如下:(1)提出一种基于层、序、行、列的索引结构,以提高不同层次地形数据的检索效率。针对海量地形数据多层次存储的数据冗余及编码方式不完善的问题,首先利用传统的四叉树数据结构对地形数据进行分层分块,在数据库存储数据时,高层次的地形块中不再存储低层次地形块中已经存储的数据,仅存储由于分辨率的提高增加的数据,从而消除了数据的冗余;然后,针对上述无冗余数据存储方式,提出一种高效的大规模地形数据外存存储与编码索引方式,提高不同层次地形数据的检索效率。实验结果表明,本文优化的多层次地形无冗余存储方式能在很大程度上减少数据的冗余,且能够保持较高的数据检索效率。(2)数据预取调度策略改进。针对使用节点包围盒所获取的预取缓存不足的问题,在原有梯形域裁剪的基础上,增加了圆形预取策略,并结合多线程实现数据的加载与卸载。首先,利用球形(圆形投影)视域与节点包围球求交,作为数据的预取区域。然后,利用改进的扇形投影视域与地形块节点包围球求交,作为数据的绘制区域。实验结果表明,本文提出的球形视域能在很大程度上满足数据预取的需要,并在调度效率上比传统的方式要高。(3)设计开发了海量地形可视化实验系统,分别利用不同规模的SRTM3地形数据,对本文提出的优化方法进行了对比验证,并在该系统中实现了场景漫游功能。实验结果表明,利用本文提出的优化方法,系统能够以较高的帧率流畅运行,并且可以实现高效实时的交互。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 海量地形数据的组织存储策略
•     1.2.2 海量地形数据的调度策略
•     1.2.3 基于GPU的海量地形数据处理
•     1.2.4 研究现状总结与分析
•   1.3 论文的研究内容及文章结构
•     1.3.1 研究内容与技术路线
•     1.3.2 论文的结构安排
• 2 地形数据的组织方法
•   2.1 基本数据组织方法
•     2.1.1 规则格网模型
•     2.1.2 TIN模型
•   2.2 四叉树的数据结构
•   2.3 基于四叉树结构的多分辨率金字塔模型表示
•     2.3.1 细节层次多分辨率模型分类
•     2.3.2 地形多分辨率划分
•   2.4 地形节点间裂缝的修正与处理
•   2.5 本章小结
• 3 地形数据存储与组织算法改进
•   3.1 海量地形数据的分块分层方法
•     3.1.1 海量地形的分块处理
•     3.1.2 地形数据的分层处理
•   3.2 基于Oracle数据库外存模型构建
•     3.2.1 基于Oracle数据库的数据存储模式
•     3.2.2 无冗余的多层次数据存储与组织模型
•     3.2.3 数据编码索引方式改进
•   3.3 实验与分析
•   3.4 本章小结
• 4 海量地形数据的调度策略优化
•   4.1 传统视景体裁剪原理
•     4.1.1 视景体裁剪的基本原理
•     4.1.2 线面求交视景体裁剪
•   4.2 基于包围球及圆形视域的算法改进
•     4.2.1 基于包围球的视景体裁剪方法改进
•     4.2.2 基于圆形视域的数据预取策略
•   4.3 基于多线程的数据调度管理
•   4.4 实验结果与分析
•   4.5 本章小结
• 5 可视化系统设计与验证
•   5.1 实验开发环境以及系统结构
•     5.1.1 实验开发环境
•     5.1.2 实验系统结构
•   5.2 框架体系与模块设计
•     5.2.1 数据预处理模块
•     5.2.2 地形绘制模块
•   5.3 场景漫游
•   5.4 本章小结
• 6 总结和展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁松鹤

导师: 靳海亮

关键词: 海量地形数据,数据库,无冗余,外存,检索效率,调度效率

来源: 河南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 河南理工大学

分类号: P217

DOI: 10.27116/d.cnki.gjzgc.2019.000058

总页数: 77

文件大小: 2055K

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