面向数字海洋应用的全球地形数据组织与可视化技术研究
随着“数字地球”和“数字海洋”概念的相继提出，全球地形数据组织管理与可视化技术得到了越来越多的重视。如何构建一个面向领域应用具有高度真实感与流畅渲染效率的全球地形可视化场景成为一个迫切需求。近年来国内外出现了多种优秀的地形绘制算法并推出各种三维地形可视化系统，但研究对象大多是基于陆地的、平面的、局部的虚拟地形场景，无法有效满足多源异构特点的复杂海洋数据数字产品对地理空间基础地形信息的需求。我国是一个海洋大国，从国家发展战略角度出发，我国已将“数字海洋”列入国家海洋科学技术发展计划，随着这一发展目标的确定和实施，构建面向数字海洋应用的全球地形可视化系统成为迫切需要解决的重要课题。 本文针对数字海洋应用需求的特点，将地形从陆地扩展到海底，从平面扩展到球面，从局部扩展到全球，围绕构建具有多分辨率结构的全球地形三维可视化系统，开展面向数字海洋应用的陆地和海底、平面和球面、局部和全球一体化的全球地形数据组织与三维可视化研究。论文的主要研究内容和取得的研究成果如下: (1)全球地形数据组织与管理 在深入研究全球空间剖分方法的基础上，针对全球地形高程数据的特点，制定一致均匀分布的全球海陆地形数据空间剖分策略。利用四叉树数据结构构建地形多分辨率高程数据金字塔模型，基于行列号设计了一种适合调度的数据存储方式与地形块节点选择方法。 (2)基于距离依赖的全球地形绘制 在全球地形数据多分辨率金字塔组织模型的基础上，基于视点距离选择LOD层次，以地形块节点作为数据处理与地形绘制基本单元，使用同一个顶点缓冲区对象实现场景中所有地形块节点的GPU渲染。在不同层次LOD裂缝处理上，使用平滑过渡的方法。 (3)面向海洋应用的全球三维地形可视化实现 在总结上述全球地形数据组织与管理和基于距离依赖的全球地形绘制算法的基础上，给出了GPU算法处理流程，设计并实现了一个面向全球海陆地形数据的可视化原型系统。并结合数字海洋应用提出一种交互式三维地形编辑的解决方案，重点考虑了多种地图投影变换、海底陆地高程非同步交互修改以及地形与地理矢量数据匹配融合的技术实现。 本文面向数字海洋应用，基于中国海洋大学自主研发的海洋虚拟现实与可视化平台i4Ocean渲染引擎，对地形数据进行有效组织与管理，构建了全球海陆地形三维可视化系统。实验结果表明，系统具有较高的绘制性能、良好的可移植性与可扩展性，能够在平面球面、局部全球之间交互切换，并能根据海洋数据维度特点实时非线性编辑修改地形高程，能够满足多种类型海洋数字产品对基础空间地理信息的需求，为国家“数字海洋”发展战略提供服务。
海洋地形;全球地形数据组织;可视化技术;地理信息
中国海洋大学
硕士
地图学与地理信息系统
陈戈
2015
中文
P737;TP311.13
66
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）