《地形模型的三维可视化》程序设计

矿井三维模型可视化系统的设计与实现摘要：巷道包含了复杂的拓扑信息和空间信息，是矿井其他信息的空间载体，其建模尤为重要。

本文针对矿井三维模型可视化的需要，设计并实现了一套基于Java语言的矿井三维可视化模型。

系统主要包括不同断面巷道模型的分类和参数化构建、矿井液压支架模型的实现、巷道纹理材质库的选择、光照选择，巷道漫游等。

关键词：矿井三维可视化，JOGL，Java，巷道1引言数字矿山作为一种复杂的三维空间信息系统，不仅能够存储、分析和表达真实矿山中各种空间实体对象的属性信息，而且涉及大量复杂的空间定位特征及可能拓扑关系的组织和管理。

因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计算机中抽象的矿山世界的桥梁[1]。

本研究就是对矿井三维模型可视化系统进行设计与实现。

通过数字矿山建设至少可以在以下几个方面给矿山企业带来好处：1、提高矿山企业的生产效率和资源优化；2、加强矿山的安全管理，积极的预防矿难事故；3、降低决策的风险性，提高企业快速反应能力。

本文针对煤矿井下环境抽象出各类图元，在空间上模拟真实井下系统，实现了矿井三维模型可视化系统[2-3]。

2 JOGL图形库JOGL是Java对OpenGL API绑定的开源项目并设计为采用Java开发的应用程序提供2D/3D图形硬件支持。

JOGL对OpenGL 2.0[4-5]规范中的API和几乎所有第三方开发商的扩展提供完整访问，而且集成了AWT和Swing界面组件。

JOGL函数库的简单抽象要比高度抽象如Java 3D函数库执行起来高效的多，因为其大部分代码是自动生成的，所以JOGL的升级可以迅速的与OpenGL升级相统一[6-8]。

3矿井三维模型可视化的设计3.1巷道图元三维模型分析巷道由于存在于地下，其数据提取不像地表实体一样简单。

巷道图元与巷道图元间采用非直线形式，以实际角度进行弧形连接。

根据巷道的不同用途，其断面形状，宽度，高度也都不一样，所以可以从巷道断面形状入手抽象出几例模型。

收稿日期:20021023作者简介:韩 样(1978-),男,硕士研究生,研究方向为道路CAD 系统、交通运输工程的模拟仿真.文章编号:10094687(2003)02001105基于OpenGL 的三维地形可视化方法研究韩 样(东南大学,南京 210096)摘 要:介绍了OpenGL 的基本概念以及以M FC 为平台进行OpenG L 编程的方法.在利用有效的数据结构建立三角网数字地面模型基础上,详细说明了制作三维真实感地形的技术方法,并用编程实例证明了这一方法的可行性.关键词:OpenG L;数字地面模型;三维地形;可视化中图分类号:G306 4 文献标识码:A1 引 言三维地形可视化是一门研究数字地面模型(DTM )的显示、简化、仿真等内容的学科,属于计算机图形学的一个分支.近年来,三维地形可视化技术越来越广泛地运用于国土资源管理、地理信息系统(GIS)、环境仿真、数字城市等领域.但是,目前正射影像技术所提供的常规正射影像图已满足不了人们对地形信息的需要.作者研究一种借助OpenGL 三维图形通用标准,利用数字高程模型(DEM )数据生成三维地形的方法.利用此技术,可以生动地再现三维立体景观,并能交互地从不同视点进行观察,进行缩放等操作.2 基本概念2 1 OpenGLOpenGL 是一个工业标准的三维计算机图形软件接口,适用于多种硬件平台及操作系统.由于OpenGL 是网络透明的,只要服从相同的协议,就允许远程绘图.OpenGL 由基础库、实用库和辅助库3个基本图形库组成,这些函数库提供了数百条功能强大的图形函数,可以用来建立三维模型和进行三维实时交互.这些图形函数几乎涵盖了所有基本的三维图像绘制特性,用户可以方便地利用OpenGL 创建出接近光线跟踪的高质量三维彩色图像[1].2 2 数字地面模型及构网技术数字地面模型(DTM)是描述地面特征空间分布的有序数值阵列[2].它以抽象的数字阵列表示地貌起伏、地表形态,计算机可以从中直接、快速、准确识别,进行数据处理.数字地面模型通常分为规则数模、半规则数模、不规则数模3大类.在建立的三维地形2003年第2期车辆与动力技术V ehicle &Pow er T echnolog y总第90期模型中运用的是不规则三角网TIN (Triangular Irregular Net).这是因为在同样的地形条件下,达到同等高程内插精度时,该类数模所需的原始地形点的数量远少于其他类型数模所需的已知点数[2].生成三角网DT M 的关键是构网技术,作者依据的是Delaunay 构网原则,因为它是目前最优的三角网构网原则.Delaunay 三角形定义为:组成Delaunay 三角网的每个三角形不包含数据点集当中除构成该三角形三顶点以外的任何其他点,即Delaunay 三角网能最大限度地保证网中三角形满足近似等边(角)性.对于任意给定的离散数据点集,Delaunay 三角网的网形是唯一的.3 可视化三维地形的制作3 1 Windows 环境下的OpenGL 编程3 1 1 绘图描述表OpenGL 绘图描述表是传递OpenGL 命令的端口,它把OpenGL 和Window s 的窗口系统连接起来.创建了一个绘图描述表后,应用程序也就定义了一个Windows 的设备描述表,绘图描述表可以在已经定义设备描述表的设备上画图.应用程序应该首先创建一个绘图描述表,并把它设置成这个线程的当前绘图描述表,然后再调用OpenGL 函数.调用结束后,使绘图描述表从线程上脱离并删除[1].3 1 2 像素格式尽管绘图描述表与设备描述表有关,但并不完全相同.设备描述表在GDI 函数调用时说明,包含Window s 的GDI 信息;绘图描述表在函数调用中是隐含说明的,包含有OpenGL 信息,因此在创建绘图描述表前,一定要设定设备描述表的像素格式[1].在Win -dow s 环境下,用PIXELFORMATDESCRIPT OR 数据结构来传输像素格式数据,用来指定OpenGL 绘制对象的一些属性,如:像素缓冲区是单缓冲还是双缓冲、像素数据是RGBA 模式还是双缓冲模式、存储颜色数据的位数、深度缓冲区的位数、模板缓冲区的位数、覆盖面和底层平面的数目、各种可见性屏蔽等.3 1 3 Window s 下OpenGL 的编程框架在以MFC 为平台运用OpenGL 绘图软件包进行三维地形可视化研究过程中,应用了如下的编程框架:构造OpenGL 窗口的风格;设置支持OpenGL 的像素格式;创建OpenGL 的绘图描述表,并将其设置为当前绘图描述表;初始化OpenGL 的绘制环境,例如光照模型、颜色和深度缓冲区的设置;添加Windows 消息处理函数,例如鼠标、窗口、键盘消息,在这些消息处理函数中,就包含OpenGL 的绘制命令;在应用程序结束并撤销视窗时,删除绘制描述表.最后,应把opengl32 lib 、glu32 lib 和glaux lib 3个静态库加入到应用程序中,它们可以支持开发者对100多个OpenGL 图形函数的调用. 12 车辆与动力技术2003年3 2 三维地形模型的显示3 2 1 三维地形的数据结构根据原始地形点的数据特征,建立了以下数据结构来表示原始地形散点(即建立了数字高程模型DEM):struct point type {int num; 散点的序号double x ; 散点的x 坐标double y ; 散点的y 坐标double z ; 散点的z 坐标point ty pe *nex t; 定义point type 型指针,指向下一个散点};实际操作中,采用Delaunay 三角网进行构网,建立如下数据结构表示三角构网后生成的各个Delaunay 三角形.实践证明这种数据结构有利于OpenGL 绘图命令的执行,提高程序运算速度.struct triang le ty pe {int p1,p2,p3; p1,p2,p3分别为构网后生成的各个Delaunay三角形三个顶点所对应的散点序号triangle type *next; 定义triangle type 型指针,指向下一个三角形};3 2 2 地形的绘制OpenGL 的几何要素有点、线、多边形[1].其中点是三维的,多边形是由多条线段封闭连接而形成的区域,这些线段又是由其端点坐标定义的.由此可见,OpenGL 的基本几何对象都是围绕顶点来建立的,而对顶点来说最重要的信息是由g lVertex ()命令提供的坐标.值得注意的是,在OpenGL 中几何对象顶点的坐标值、法线、纹理坐标和颜色等都必须包含在glBegin ()和glEnd()函数对之间,否则就不会有任何绘制出现.由于采用的是三角构网建立数据模型,因此在制作三维地形中运用glBegin (GL TRI -ANGLES)命令来绘制各个Delaunay 三角形.这种三角形绘制模式的特点在于:每3个顶点定义一个三角形,每个三角形的顶点与它前面定义的三角形顶点间没有任何关系.若glBe -g in ()和g lEnd()之间的顶点个数为3n +k (k =0,1,2),则定义了n 个三角形,最后的k 个顶点将被忽略.若glBeg in ()和glEnd()之间定义的顶点少于3个,则此定义不产生任何图元[1].绘制地形时,glBegin (GL TRIANGLES)和glEnd()绘图命令之间的3个顶点分别为前面定义的triangle type 结构中p1、p2、p3所对应的散点.这样,利用循环语句就可以绘制出所有三角构网形成的Delaunay 三角形,从而模拟真实的三维地形.3 2 3 地形的真实感表达在建立三维地形模型时,假设根据地面高度不同,其表现出来的颜色也有所不同.OpenGL 中,在RGBA 模式下,用g lColor (r,g,b,a )命令设定颜色,其中r 、g 、b 、a 分别对应当前颜色的红、绿、蓝、 值,取值范围都为[0 0,1 0].因此在实际绘制地形过程 13 第2期 韩 样:基于OpenGL 的三维地形可视化方法研究中,对于数字地面模型中的任意一点,可将地形点的纵坐标z 作为表示r 、g 、b 的参数.当然,应将z 除以一个适当的常数,以保证r 、g 、b 的值在0 0与1 0之间,防止溢出.经编程实例检验,用这种方法生成的地面颜色分明且光滑连续.自然界中的物体表面很少是光滑和单调的,往往具有各种纹理.在计算机图形学中是采用纹理映射的方法给计算机生成的物体图像加上纹理的[3].表示真实地貌和地物时,可以预先定义纹理、纹理映射方法和纹理坐标,然后将DEM 格网点坐标和相应的纹理坐标一一对应.利用OpenGL 的相关函数可以设置光照效果.光照包括发射光、泛光、漫反射和镜面反射,还可以指定模型表面的反射特性.在三维地形的制作中需要考虑泛光和漫反射,镜面反射可以不予考虑.3 24 三维地形模型的显示OpenGL 提供的基本变换命令包括取景变换、模型变换、投影变换和视见区变换等.利用这些命令函数可以很方便地对模型进行平移、旋转、缩放等操作.投影变换应选择透视投影模式,因为透视投影的主要特征就是将投影线汇聚到一点,即对象离视点越远,它在最终图像上就显得越小,符合人的视觉感受.此外,按照人们的视觉习惯,总是希望在原点(或其他方便位置)处构造所需画面,然后从一个较佳的位置观看该画面.OpenGL 自带的实用库函数gluLookAt ()正是为这个目的而设计的,故可以采用此库函数来实现虚拟场景的观察变换.gluLookAt ()库函数的原型如下:void gluLookAt (GLdouble eye X ,GLdouble eye Y ,GLdouble eye Z ,GLdouble center X ,GLdouble center Y ,GLdouble center Z ,GLdouble up X ,GLdouble up Y ,GLdouble up Z )其中 参数:eye X ,eye Y ,eye Z 指定视点的位置;center X ,center Y ,center Z 指定沿着所需视线上的任一点的位置;up X ,up Y ,up Z 指定向上的矢量方向[4].函数gluLookAt ()通过一个视点、一个表示场景中心的参考点和UP 向量建立了一个取景变换矩阵.该矩阵将参考点映射为-z 轴方向,将视点映射为原点,UP 向量在观察平面上的投影方向将被映射到+y 轴的方向(此处坐标系为OpenGL 的三维绘图坐标系).在实际操作中,可令参考点为数字地面模型中的任一散点.地形透视图形成后,可为应用程序加入鼠标和键盘的消息响应函数,并将视点、视角、模型旋转角度等设为变量作为消息响应函数中的控制参数,从而可以交互式地从不同角度观察三维地形.在所做的例程中,添加了模型的缩放、左右旋转、前后旋转、左右移动等交互观察功能.4 试验与结论试验在P4微机(主频1 6GH z,内存256M B,其中显存64M )上进行,操作系统为Win -dow s 2000,以Visual C++ 6.0为开发平台.构建数字地面模型所用到的原始地形数据为306KB 大小的文本文件(前面所提到的pointty pe 型数据),三角构网后生成了将近700KB 大小的文本文件(前面所提到的triang le type 型数据).利用OpenGL 生成的真实感三维地形模型如图1所示(此例选取视距较远). 14 车辆与动力技术2003年图1 OpenGL 生成的三维地形模型 通过该试验例程可得到如下结论:1)利用所建立的point type 和tr-iangle type 两种数据结构能够顺利、快速地建立数字地面模型,其数学模型在理论上是严密的.2)利用OpenGL 的独立填充三角形绘制命令生成三维地形模型,具有快速、逼真的优点.作者所做的试验例程从读取原始地形数据到最后生成三维透视图所需的时间小于1s.3)通过改变模型的旋转角度能实现从多个角度实时观察三维地形;通过交互式变换视点的位置或预先设定视点运动路线能实现漫游功能,进而可以实现三维地形的实时动画和虚拟现实效果.参考文献:[1] 贾志刚.精通OpenGL [M ].北京:电子工业出版社,1998.[2] 符锌砂.公路计算机辅助设计[M ].北京:人民交通出版社,1998.[3] 孙家广.计算机图形学[M].北京:清华大学出版社,1994.[4] 吴海平,罗红兵.OpenGL 图形程序设计及应用环境[M ].长沙:国防科技大学出版社,1999.Research on Visualizing the 3D Terrain Based on OpenGLHAN Yang(Southeast U niversity ,N anjing 210096,China)Abstract:The basic concept of OpenGL and the method about how to program by using OpenGL based on MFC are introduced.Based on the Triangular Net Dig ital Terrain M odel built by an ef -fective data structure,the technique of producing 3D visual terrain is depicted,and the feasibility of this m ethod is verified by an actual program example.Key words:OpenGL;digital terrain model;3D terrain;visualization 15 第2期 韩 样:基于OpenGL 的三维地形可视化方法研究。

工程地质三维建模及可视化技术研究摘要：在可视化学识与计算机图形学的全面更新进步下，三维地质建模及可视化是如今社会各界的研究焦点。

地质建模可视化方法为地质施工人员在3D空间勘测地质构造、研究地质特征带来了新技术与措施，能为建筑规划设计带来明确的参考标准。

这篇文章我们根据工程地质勘测资料为研究切入点，探索工程地质三维建模和可视化的具体算法和技术措施。

关键词：工程地质；三维建模；可视化技术；研究应用前言地质三维可视化是当前数字化项目的关键要素，是如今数字地质等行业的探索焦点。

通常，地质数据信息，涉及地表地貌、地层环境、断层、地下水位、风化层分布情况及多类物探化探数据，都能在野外测量得出。

这些信息通常是离散数据分布，地质施工人员无法根据这些资料掌握地质体的分布特征，对于这些实测数据，人们希望能够运用可视化技术明确显示出地质分布状况。

所以，地质三维建模及可视化技术的探索发展是计算机广泛应用于地质探索的一个必经之路。

一、地质三维建模及可视化基础1.地质三维可视化及实现技术1.1概述可视化属于心智处理程序，推动人们对事物的勘测及建立概念等。

可视化的一般作用就是透视不可见的理论知识，把抽象知识生动的展示出来。

由于钻井技术的更新进步，人们在地下的工程操作逐渐增多，开发规模逐渐增大，掌握了更全面丰富的数据，为了解地质构造、物质储量带来了更广泛的素材资料。

但是，这些大量的数字公式展示的数据资料，人们的认知有着较大难度，可视化技术能够形象的表达出事物特征，在大量数据资料中了解隐形特点。

可视化技术包括很多科目种类，如计算机图形学、多媒体技术和数据库资源等，一般思想就是根据图形表达数据信息。

一般原理如图1有：①数据预处理。

对原始数据分析处理，减弱噪音及提取感兴趣的信息，并做一定修改完善、再增添一些标记，经过转换得到一致的数据模式。

②建立几何模型。

在预处理之后的信息资料反映出抽象物质的几何图形，分析出物质对象几何属性，确保数据有一定的图形特征。

大地形三维可视化系统设计与关键技术方案
宋友厉;李辉;王丹霞;张建伟;游志胜;张波
【期刊名称】《四川大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2002(039)003
【摘要】介绍了在微机上大地形三维仿真系统的设计与实现.大地形三维仿真的主要实现难度在于LOD分块的无缝连接和超大纹理的动态替换.SGI公司在其高档工作站上借助专用硬件解决了以上问题,但这种方法成本太高,通用性不强.对此,在微机上利用软件的方法予以解决.总体性能较好.该系统将可应用在涉及大地形浏览的应用程序(如GIS,VR)中.
【总页数】4页(P439-442)
【作者】宋友厉;李辉;王丹霞;张建伟;游志胜;张波
【作者单位】四川大学图象图形研究所,成都,610064;四川大学图象图形研究所,成都,610064;四川大学图象图形研究所,成都,610064;四川大学图象图形研究所,成都,610064;四川大学图象图形研究所,成都,610064;四川大学图象图形研究所,成都,610064
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.TIN结构多分辨率地形三维可视化模型建立关键技术 [J], 韩永;丁圆婷;赵艳楠
2.基于OpenGL的地形三维可视化系统设计 [J], 张玲娟;张朝锋
3.大规模地形真三维可视化系统设计与实现 [J], 吕希奎;易思蓉;韩春华
4.基于WebGL的勘探地形及探井信息三维可视化系统设计 [J], 谭傜月; 张余强; 何小海; 卿粼波; 陈岑
5.林区地形三维可视化关键技术 [J], 彭俊贤
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基于LOD的三维地形可视化本文将探讨基于LOD的三维地形可视化技术。

一、引言三维地形可视化技术是地理信息科学领域重要的研究内容之一。

其中，基于LOD（Level of Detail）的三维地形可视化技术一直以来备受关注。

该技术通过逐层精细化地图数据，提高模型精度，并缩小模型展示范围，加速数据传输及实时生成等，从而达到更加高效的三维地形可视化效果。

本文对基于LOD的三维地形可视化技术进行深入分析，以期更好地探索其优势与适用情境。

二、技术特点（一）分层可视化LOD技术采用梯度精细化的思路，将地图数据按层次分别展示，从而提高整个系统的运行效率。

大部分三维地形可视化系统，如Google Earth，都采用了类似的思路。

（二）地形简化传统的地形建模和渲染技术中，三角形网格是最常用的建模方式。

但是在复杂地形的可视化过程中，三角形网格数量往往非常庞大。

此时，基于LOD的地形简化技术可以发挥很大的作用。

系统会对地形建立多个不同细节层次的三角形网格，使得在不同距离下可以呈现出高精度、低分辨率等不同信息，实现地形的逐层精细化显示。

（三）精细化显示基于LOD的三维地形可视化技术能够将地形模型按照距离远近划分为多个不同的层次，从而能够提供多种精度、数据量和可视化质量等级。

例如，当用户将视角朝向远处移动时，系统将按照一定的规则逐渐优化模型，以确保场景的运行流畅性。

三、适用情境基于LOD的三维地形可视化技术适用于多种场景下的应用，如：（一）森林、山地等无法便捷到达的区域，可利用基于LOD 的地形可视化技术进行模拟，以实现虚拟探险等目的。

（二）虚拟战场模拟。

基于LOD的三维地形可视化技术可以为军事模拟训练等领域提供重要的技术支持。

（三）城市规划。

基于LOD的三维地形可视化技术不仅可以用于管理城市规划，更可以为实时交通运输规划、城市危险区域提示等提供精细化的数据支持。

四、总结基于LOD的三维地形可视化技术是一种高效、适用范围广泛的技术，在不同领域都有很多应用前景。

三维地质模型与可视化吴强、徐华1.中国矿业技术大学，中国资源开发工程，中国，北京10083 .2.北京化学工程学院，中国，北京102617.回信请寄往吴强(邮箱：wuqiang@)于2003年8月收到回信.摘要三维地质模型技术将在地址数据的获得方法、存储方法、过程与展示方法上带来巨大变化.但是，自从反应地质实体的地址数据承受住多样性、不确定性和复杂性特征后，不够完善和不够便捷的软件系统现在已经得到迅速发展.一些超大规模的模型、断层的数学模型和褶皱的地质模型已经得到发展以至于能够展示复杂地质结构的空间地址构成.以三维地质模型为目的的应用系统的构造已经确定；随着土壤模型和模型应用与核心一样的确定，基于空间数据处理的一个新颖设计概念也已提出.三维地质模型技术的理论与方法有望得到进一步的丰富和发展.鉴于这些理论与方法，基于特征的可视化导航技术得以提出.随着地理数据库，图形库和知识库的动态模拟系统的整合，地质学家将能够获得以直观、形象和精确地方式融入的部分特征和全部特征.关键字：三维地质模型，地质模型，系统结构，可视化数字资源的条形码：10.1360/02ydo475三维地质模型与可视性关键技术问题是解决“数字地球”实施计划的关键技术.目前，三维地质模型主要存在以下困难[1-5]：(1)三维空间数据难以获得：目标与形象复杂的三维地质模型依赖于原始数据.当简单数据是稀少、不充分，地震剖面数据的能力和分辨率不足以及遥感数据模糊时，建立复杂的三维地质模型是很困难的.因此要精确的描述地质实体的空间属性的变化是不可能的.(2)地质实体之间的空间关系是特别复杂的.由于断层引起了地层的不连续分布，岩块岩性各不相同，时间的动态本质和地质过程也体现了这一特征.由于地质实体包含多值面的地质现象，如断层、褶皱、数据特征、拓扑关系和相关计算程序更加复杂.此外，多年生的地质勘探研究和区域映射运动和包含地质对象多样性的复杂离散模型已经得到很大程度上的发展.但是这些模型不能确定空间，时间，和模拟的地质对象和保持其连续性之间的结构的关系.(3)空间分析能力有限.客观因素(如几何复杂度)、不连续性和不确定性都存在与几何模型中，客观因素如应用于三维地质模型过程的多样性等已经导致了用于建立三维地质模型的成熟的理论和技术的缺失和在空间分析能力上现有系统的限制.一．三维地质模型的设计地质结构的几何形状，如褶皱，节理，断层和裂缝，以如下两种基本方法展示：特征描述和空间分布.前者通过应用其本质特征，如：发生、规模，来展示其结构；而后者通过展示从不同复杂的地质结构中提取的几何图元的点，段、表面和体素.这种方法能够给数学分析和地质结构形状的空间描述提供支持.1.1 超大数据模型根据空间划分原则，即：一个物体的任意复杂形状能够通过明确的简单形状来处理，依赖于超大数据的三维地质模型在论文中得以设计.如果问题的对象是由依赖于地质层位的离散点组成，那么一个超大数据模型是根据这些点的空间聚类，而且能根据如下方法确定：如果一个空间域 i li H 1==Ω ，集合{}N l R p p H i ∈∈=,3，即p 是Ω的一个离散点，而且Ω由i H 中的点组成.集合1-=i i i H H L ，i L 包含了这两个集合中的点，那么称反应这两个集合的空间类的i L 为ith 空间.定义SV ik C 如下：c d u ik S S S C =这里，}{}{}{N m L C S S p p S H p p S H p p S i m k i ik d u c i d i u i∈=∈=∈=∈==+ 11,,,，或即：SV ik C 最小细胞的形成和空间层次.SV 中的值i m 的合并可以代表整个空间分布.每个 SV ik C 组成三组分等等.代表分别形成上部和下部的视野和封闭边界的 c d u S S S 和, .为了减少冗余以保持数据的连续性，子集 c S 中的所有点来自子集 d u S S 和，集合 ()φ=◊⋂∂=◊⋃∂=j j j j j S S d u j S S S ,,或，这里，j S ∂ 是开集 j S 中所有界点构成，j S ◊ 是开集 j S 中所有内点构成.因而 d u c S S S ∂⋃∂= 就可以精确的确定.综上，空间域 Ω 可以定义为：i l i m k ik iC -===Ω11也就是说：所研究的区域可被分成几个大数据子集，一个基于 SV 模型的可利用TEN GRID TIN 或, 构造的 ()1例ik M .所有的固体模型的合并 ik M ⋃⋃将能够完整的描述空间几何形状复杂地质体.1.2 描述断层的数学模型在回顾现有的在3维断层的建模技术，最受欢迎的应用技术是由布莱宁等描述的.图1.大数据模型关于三维地质模型与可视化是基于几何数据，如区域研究中 D D 2/3 地震反射数据和观测，断层表面通过每一交叉的断层线和断层点可以相应的形成.在三维地质模型中一个故障的网格模型的可视化的实现.但是，这些方法可获取构造模型的大量数据，而且处理超大表面的有效过程，例如，逆断层是不可用的.此外，没有什么方法可以预测断层在抽样范围内的断层的连续性.为解决这些问题，在三维地质模型中一种新颖的处理的断层模型的方法在论文中的已处理.如果两个故障点的坐标，如：()()22221111,,,,z y x p z y x p 和，断层面的倾角和方向可以得到、预测和演绎端层面的三维空间几何结构.当收集足够的相关时，确保形成端层面的梁断层点的深度可以得到纵向处理. 也就是说，这两个断层点()()22221111,,,,z y x p z y x p 和应满足条件：()()()2121213y y x x z z -+-≤-在这个区域里不难满足此要求.因此，只要相应横层地质、倾角的断层面上的两断层点是断层面赋予的，其一能精确地断层面的孤立方程.当一个故障平面方程计算利用三维坐标等参数断层的性质和一系列的内插的断层实体的故障.一系列的内插的故障点可以自动推导，然后根据对断层的位移，这些内插的故障点可以随着断层面得到一系列的三维坐标插值性质挂上下盘块调整.性质2是利用最大面来近似一个基于拓扑关系的断层，地质实体的每一水平面可以被断层分割成.为了更容易的观察，笔者仅仅展示断层和水平面断层和内插直线.图2(a)展示了一些发生在水平面4和8的断层的性质特点.我们可以看到断层深度转化成45度到60度，然后转至80度.因为进一步的信息在几何上断层和褶皱之间的关于断层点的的获得.断层面可近似为图2中的一条直线.断层面的地质数学描述也能构造数学模型去形成预测参数(图2(c))集断层的连续性,而且提供样条方法、克里格法、反距离加权插值、多项式，这些允许地质学家来做对比不同的参数方法，因而断层的三维模拟更加现实，误差也相应的变小.图2.断层近似平面1.3 褶皱的几何模型虽然现有的自动映射系统己经成功建立了地址表面的简单模型，事实上，他们能够建立复杂曲面模型和复杂的地质对象（卷）如推力、逆断层，褶皱，褶皱等.发生在地质内部的曲线现象称为褶皱，褶皱的地质表面可以通过从钻孔、截面和/或地质图进行数据模拟.对没有值表面的褶皱，上面提到的方法1.1可以应用到三维模拟的实施.这是一个比较复杂的过程，模拟了—将多值表面褶皱.具体的方案描述如下：正如图()b 3显示，边界和发生褶皱可以从其地质图相关信息.为了准确地代表褶皱的空间形状，一组的轮廓被认为构成反映空间分布特征基于不同发生褶皱.那里有一些（例如n ）的轮廓线()n i EI ,,2,1 =，这里，}{n M M J EI ∈≤≤=,1普，即:每个轮廓线由三维有序点集欧氏空间.一些特征点(如铰链点)使冠折合的地方，应选择来表达的两个翅膀的形状背斜或向斜.辅助约束边(如约束边c 在图()b 3)需要分割轮廓线的过程中添加的，所以为使他们的视觉在网格模型保持褶皱的形状不会丢失.在锡模型—把褶皱是由连接EI 、1/1+-i e EI 或和构造基于同步行进之间—分的轮廓(图()c 3).为使平面更加光滑，有必要对每个子表面的有效方法处理地质界面.南东东北图4显示了一个复杂的地质模型随着设计空间地质构造的方法—计量模型.它准确地表示三维模型在其中一个复杂的地质体包括一个倒转褶皱、逆断层和一个折叠的右翼正断层.一个倒转褶皱模型的建立过程.()a地质图和倒转褶皱;()b约束边缘轮廓:()c一TIN模型.3复杂地质模型图4.A D2.三维地质建模系统的体系结构在过去的三年里，三维地质模型—建模技术得到了不断的发展和逐渐成熟.许多技术提供使用不同的路径地质学家通过建模过程和不同的能力，以获得可用的地质和地球物理观测.在3D实现空间数据的集成和一个三维地理信息系统[ 5 ].笔者提出了一个前瞻性的三维模型的构造方法，一个单纯的、复杂的方法呈现了5.2地质映射和基于垂Breunig—塔特斯的不规则地理对象的统一表示，建立了D直数据提取技术—卡尔和倾斜测量法[ 10 ].一个开放的基于CORBA的系统体系结构展示：连接两个现有的地学软件工具—地质三维建模和可视化工具GOCAD地质和地球物理三维建模工具的免疫球蛋白MAS—通过三维地质数据库内核的优势.这种方法是3D模型工具不仅能远程访问的数据，也是先近的3D几何数据库模型[ 11 ]和属性模型，这是被定义为一系列的连锁河畔面[ 12 ].在过去的30年，地质学家都集中模拟地球表面，然而，这个任务仍然有待完成.考虑到目前的情况，理论研究和应用开发环境的发展，面向应用的系统结构三维地质建模是本文提供的(图5)，其中包括三个主要阶段：空间数据的处理，实体建模和模型中的应用.图5.三维地质建模系统的体系结构。

基于三维地质模型的岩土工程设计与可视分析
岩土工程设计与可视分析在地质模型的基础上进行，可以更加直观地展示地质条件，并且有助于设计人员在工程设计过程中进行合理的决策和优化设计。

三维地质模型是基于地质勘探数据构建的具有时空信息的地质模拟模型。

通过对地质数据的处理和分析，可以获得地质模型中的地层分布、地质构造和地下水分布等信息，为岩土工程设计提供依据。

在岩土工程设计中，地质条件是决定工程可行性的重要因素之一。

传统的地质勘探方法通常只能提供有限的样点和剖面数据，难以全面准确地了解地下情况。

而基于三维地质模型的岩土工程设计可以通过对地质模型进行可视分析，实现对地质条件的全面了解。

在岩土工程设计过程中，可以通过三维地质模型对地层分布进行展示。

地层分布直接影响到土质的特性以及工程的承载能力。

通过可视化展示地层分布，可以直观地了解地层的厚度、分布范围和土质性质，为后续的岩土工程设计提供依据。

基于三维地质模型的岩土工程设计可以展示地质构造信息。

地质构造是地表和地下地质结构的总称，包括断裂带、折曲区和岩体的接触关系等。

地质构造对工程的稳定性和地质灾害的发生具有重要影响。

通过地质模型的可视分析，可以直观地展示地质构造的分布和特征，为岩土工程的设计提供基础。

基于三维地质模型的可视分析还可以展示地下水分布和地下水流动情况。

地下水是岩土工程设计中需要考虑的重要因素之一。

通过地质模型的可视分析，可以直观地了解地下水的分布情况、水位高度以及地下水流动的趋势，为岩土工程设计提供可靠的水文地质条件。

一种基于VRML技术的地形三维可视化方法探讨【摘要】本文主要探讨了基于VRML技术的地形三维可视化方法。

在介绍了背景和研究目的，引发读者对该技术的兴趣。

在对基于VRML技术的地形三维可视化进行了概述，并深入分析了技术原理，解释了实现步骤。

另外还从优缺点两个方面对该方法进行了分析，为读者提供了全面的认识。

在结论部分进行总结，并展望了未来该技术的应用前景，为读者提供了展望。

通过本文的阐述，可以更深入地了解基于VRML技术的地形三维可视化方法，为相关研究和应用提供参考。

【关键词】基于VRML技术、地形、三维可视化、方法探讨、引言、背景介绍、研究目的、技术原理分析、实现步骤详解、优缺点分析、应用展望、结论、总结与展望1. 引言1.1 背景介绍地形三维可视化是一种展示地球表面地形、地貌特征的技术手段。

随着虚拟现实技术的快速发展，基于VRML技术的地形三维可视化方法成为了一种重要研究方向。

VRML（Virtual Reality Modeling Language）是一种用于描述虚拟现实场景的编程语言，它可以实现复杂的三维场景交互和动画效果。

在地形三维可视化中，利用VRML技术可以实现真实感强、交互性好的地形展示，为地理信息系统、城市规划、环境监测等领域提供了强大的支持。

随着地理信息系统技术的不断发展和完善，地形三维可视化技术已经成为了地理信息系统领域中的热门研究方向。

通过将地形数据与VRML技术相结合，可以更直观地呈现地形的立体感和真实感，为用户提供更便捷、直观的地形信息展示方式。

本文将结合实际案例，探讨基于VRML技术的地形三维可视化方法及其在地理信息系统领域的应用前景。

1.2 研究目的研究目的在于探讨基于VRML技术的地形三维可视化方法，通过研究在虚拟现实环境中如何有效地展现地形数据，以及如何提升用户体验和交互性。

具体而言，我们旨在深入分析VRML技术在地形三维可视化中的应用情况，并总结其优缺点，为今后的研究和实践提供参考。

基于LOD的三维地形可视化摘要本文根据实测地形高程差数据，运用可视化技术中的LOD建模方法绘制具有真实感的三维地形。

关键词科学计算可视化；LOD建模；四叉树1 引言虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，并且可以逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、触觉及运动等行为的人机交互技术，其应用领域和交叉领域非常广泛。

然而考虑到虚拟现实和交互式可视化等交互式图形应用系统要求图形生成速度达到实时，而计算机所提供的计算能力往往不能满足复杂三维场景的实时绘制要求，因而研究人员从软件着手提出多种图形生成加速方法，而 LOD模型就是在虚拟现实技术中经常被采用的一种加快图形生成速度的主要方法。

本文就是利用LOD模型在计算机上精确的重构了地理信息，实现具有真实感的三维地形。

2 LOD技术概况在运用虚拟现实技术对大规模场景进行绘制时，常见的做法是用大量的三角面片来描述场景中的几何模型，随着描述场景的三角形面片的数目的增多，所绘制的图像质量会越来越高，但是绘制速度也会变得越来越慢，有时甚至会因为绘制的场景过于复杂而出现场景漫游不流畅，画面跳变等现象，这些现象都会严重影响实时绘制的效果。

为了解决这一问题，从20世纪90年代初开始，研究人员就在这方面展开了大量工作，而多层次细节模型技术就是在这样的情况下提出并发展起来的。

LOD的基本原理 LOD技术作为虚拟现实技术中的图形生成加速方法，其基本原理是：在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性利用四叉树这种数据结构方式对原来的网格数据进行重新划分和组合。

网格地形的四叉树分层在利用四叉树方法进行LOD建模的过程中，其关键就在于怎样对原有的网格数据进行四叉树分层。

本文所采用的四叉树分层方法是：从整个完整的地形出发，递归的把地形不断的分割成相等的四个区域，分割的深度越大，则得到的分辨率越高。

一种基于VRML技术的地形三维可视化方法探讨随着科学技术的不断进步和发展，地形三维可视化方法在地质学、地理学、环境科学、军事等领域得到了广泛的应用。

本文主要探讨一种基于VRML技术的地形三维可视化方法。

1. VRML技术概述VRML(虚拟现实建模语言)是一种基于万维网的三维图像和虚拟世界技术，它允许用户在计算机上创建和交互式地探索三维场景。

VRML文件的结构与HTML类似，使用ASCII文本编码，可以使用文本编辑器进行编辑。

VRML广泛运用于游戏、动画、虚拟现实等领域。

2. 地形三维可视化的需求与挑战地形三维可视化是一种将地形数据转化为三维模型，并将其显示在计算机屏幕上的技术。

它可以帮助人们更加直观地了解地形和地貌的形态和特征，有助于进行地形分析、环境评估、军事模拟等工作。

但是，地形三维可视化技术面临着许多挑战。

首先，地球表面的地形和地貌种类繁多，如何准确地获取和处理不同类型的地形数据是一个关键问题。

其次，地形数据的规模往往非常庞大，如何高效地处理和渲染大规模地形数据是一个难点。

最后，地形的纹理、光照等效果对地形的表现和视觉效果产生很大的影响，如何优化这些参数和效果是一个技术瓶颈。

(1) 数据获取和处理。

获取地形数据并对其进行处理，如网格化、插值等，生成高程数据和地理信息数据。

(2) 模型构建。

将高程数据和地理信息数据转化为三维模型，并加入纹理、光照等效果。

(3) VRML文件编写。

利用文本编辑器编写VRML文件，包括场景图、光源、材质、纹理、动画、交互等元素。

(4) VRML文件展示。

使用模型查看软件或浏览器打开VRML文件，进行交互式的地形三维可视化展示。

(1) 显示效果好。

利用VRML技术可以实现逼真的地形模拟，地形的纹理、光照等效果可以更加真实地呈现出来。

(2) 加工编辑方便。

VRML文件采用文本格式进行编写，可以使用文本编辑器进行编辑，方便加工和修改。

(3) 支持交互。

VRML技术支持用户在场景中进行交互，如改变观察点、调整光源等，用户可以根据需要进行自由探索。

地理信息系统中的三维数据可视化技术研究与开发地理信息系统（GIS）通常是二维的，但是在许多领域，需要将三维GIS用于处理地理信息。

如何将三维GIS数据转化为可视化的图像？这是一个十分重要的问题，因为三维GIS可以很好地展示空间信息，便于地理分析和决策制定。

在三维GIS数据可视化的研究中，三维GIS数据数学模型是十分重要的一环。

三维GIS数据的数学模型是将实际地理实体结构和属性以几何形态的形式加以描述的一种数学方法。

常用的三维GIS数据模型有Solid模型、面片模型和TIN模型。

在三维GIS数据的可视化过程中，空间信息的表达必须与可视化方法结合起来，才能实现更好的展示效果。

可视化方法可分为计算机图形学、可视化技术和虚拟现实技术。

其中，计算机图形学为三维GIS数据可视化提供了一系列强大的工具，包括图形处理、三维显示和交互技术等。

而可视化技术则是以可视化为中心，从人的视觉感受和信息需求出发，采用一系列技术手段来表达和传达信息。

虚拟现实技术则是利用计算机生成虚拟环境，模拟现实环境并实现人机交互。

在当前的三维GIS数据可视化技术中，基础可视化技术以及其扩展技术都得到了十分重视。

比如，基础构图技术包括视图变换、透视投影等；而扩展技术则包括立体显示、动态漫游、虚拟现实技术等。

这些技术的应用可以使得三维GIS数据得到更好的展示效果，更好地满足用户的需求。

此外，三维GIS数据的可视化也离不开三维空间数据管理技术的支持。

三维空间数据管理技术是解决数据存储、访问、查询和管理等问题的技术，其主要目的是为了提高GIS系统的效率、可靠性和可维护性。

总之，三维GIS数据可视化技术的研究和开发是一个极具挑战性的领域。

只有通过不断地改进和创新，才能实现更好的展示效果，并为地理信息的处理和应用提供更好的支持。

论文关键词：地形建模虚拟现实可视化技术论文摘要：三维真实感是科学可视化、计算机动画和虚拟现实的技术核心，也是时空一体化地理信息系统的关键技术；而地形建模和可视化则是三维场景构造中的重要内容。

简述三维地形实现过程和地形建模常规方法的基础之上，重点对 OpenGL支持下的两类三维地形建模和实现技术进行了详细地论述，并对两类建模技术和不同的实现方法进行了分析和对比研究；最后，根据其性能对比及其各自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为地形建模和实现方法的选择提供依据和指导。

1 引言20世纪60年代以后，地形可视化的概念随着地理信息系统的出现而逐渐形成。

随后以地形地貌为研究重点的地形三维可视化技术在地理信息系统(GIs)、虚拟现实(VR)战场环境仿真、娱乐游戏、地形的穿越飞行({1yin hr0ugh)土地管理与利用、水文气象数据可视化等多个领域得到了广泛的应用，越来越受到人们的关注。

坩形可视化…是一门以研究数字地形模型 (Digital Terrain M0de1)或数字高程域(Di gital Elevati0n Fie1d)的显示、简化、仿真等为内容的三维实体构造技术，是三维场景构造中的重要组成部分和研究重点。

本文在基于 OpenGL的i维地形实现技术基础之上，针对不同的三维地形模型方法以及三维叮视化等关键技术展开了分析，重点研究了基于 3DsMAx和基于 0penGL的两类一维地形建模和实现技术，并依据多边形数目、每秒钟帧数、内存使用以及 cPu效率等指标对其进行了性能比较。

最后，根据其性能对比的结果及其各自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为实际工程应用中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导。

2 三维地形建模与实现方法2．1 地形建模当前，利用 0penGL技术构造三维实体的常规建模方法有如下两种：1)在三维形体构造软件(如 3DsMAx等)中完成形体的构造，通过相应的方法将 3DSMAx建立的模型转换为0penGL中的顶点数组，最后在 0penGL下进行显示；2)0penGL编程实现三维地形建模，目前常用的方法是先根据特征点高程和地形的特征参数如平均高程、高程标准差等)构筑地形模型，再利用插值生成地形的细节，最后通过色彩和纹理处理形成完整的三维地形。

三维地形可视化技术在城市设计中的应用一、引言城市设计作为一门综合性学科，致力于通过科学的规划和设计手段改善城市环境，提高居民的生活质量。

而随着科技的不断发展，三维地形可视化技术逐渐被引入城市设计领域，为城市规划者和设计师提供了更加直观、准确的数据和呈现方式。

本文将探讨三维地形可视化技术在城市设计中的应用，以及其对城市设计带来的重要影响。

二、三维地形可视化技术的基本原理与方法三维地形可视化技术是一种通过计算机图形学和地理信息系统相结合的方法，将地理数据转化为具有立体感的图像，以模拟真实地貌和地形信息。

其基本原理是通过建立数字地形模型，然后利用软件工具将地形数据转化为立体模型的形式，最终实现对地形的可视化展示。

三维地形可视化技术的方法主要包括：1. 高程数据处理：通过对地形数据进行处理和分析，获取各点的海拔高度，形成高程数据。

2. 三维建模：利用建模软件，根据高程数据生成虚拟的三维地形模型。

可以根据需要对地形进行平滑、加密，以及添加光照等效果。

3. 纹理贴图：为三维地形模型添加纹理贴图，使其更加真实、生动。

纹理贴图可以包括地表植被、建筑物、道路等各种元素，使得地形模型更加贴近真实情况。

4. 动画与交互：通过动画技术和交互式操作，实现对三维地形模型的动态漫游和交互浏览，为城市设计者提供更加直观的感受和操作方式。

三、三维地形可视化技术在城市设计中的应用1. 城市规划和用地分析利用三维地形可视化技术，城市规划者可以更加直观地了解城市的地貌、地势特点，从而做出更加准确、科学的用地规划。

通过模拟不同用地条件下的三维地形模型，可以有效评估城市规划方案的可行性和影响。

同时，三维地形可视化技术还可以辅助进行用地分析，帮助规划者评估不同区域的适宜性、可达性等指标。

2. 建筑设计和景观规划在建筑设计和景观规划中，三维地形可视化技术可以为设计者提供更加准确的地形信息和空间感受。

通过对地形进行三维模拟，可以更好地考虑建筑物与地形之间的关系，使建筑与环境相融合。