基于Cesium的多维动态可视化技术研究

论文摘要

随着信息技术的发展以及部分复杂学科的应用要求,构建一个能够面向世界的虚拟仿真环境,对国家国土安全、自然资源管理、智慧城市规划、防灾减灾及危情模拟等大型战略应用领域具有重要意义及实用价值。然而传统的二维可视化手段已经捉襟见肘,无法反映现实空间的全部信息,空天地一体化数据采集技术的发展使得空间地理信息数据来源越来越多,获取手段愈加多样。如何高效地组织大尺度、多维度、海量的地理信息数据,并在虚拟仿真环境中多维度、动态地展示,成了目前亟待解决的课题。为解决上述问题,本文围绕Cesium框架,采用GIS原理、计算机图形学、渲染机制等面向场景的数学原理及技术,重点研究虚拟地球引擎基于剪裁的渲染优化技术、仿真环境中模型渲染方法、海量数据渲染调度方法等构建多维动态可视化平台的关键技术,在Web页面绘制虚拟仿真地理场景,叠加丰富的地理空间数据,对多维数据进行可视化研究分析并进行案例展示,对多维时空数据的展示及应用做进一步探索。本文的主要工作包括:(1)深入研究Cesium框架内容。在面向Cesium的数据组织方面,提出一种改进的数据转换方式。通过轻量级Web端计算,可以将矢量文件进行格式转换,生成可视化平台所需的GeoJSON数据格式。(2)设计一种基于大规模集群处理的三维场景快速重构模式。采用飞行平台搭载阵列相机进行数据获取,通过基于GPU的快速交互建模方法进行实验,结果证明,该方法可以节省大量时间以及相关人员配置。(3)改进了视景体剔除方法,基于视点距离对场景进行管理,剔除在显示硬件上投影过大或者过小的场景,优化场景结构和硬件渲染效率。(4)设计了多维动态可视化总体框架及相关功能模块。采用B/S架构,实现无插件、轻量级的Web可视化页面,并进行场景展示、地理数据处理、三维分析等功能。

论文目录

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究工作

1.4 本文结构安排

1.4.1 论文技术路线

1.4.2 论文组织结构

2 面向场景的数学原理及技术

2.1 坐标、投影及服务

2.1.1 椭球体与坐标系

2.1.2 地图投影

2.1.3 GIS服务

2.2 图形学相关技术

2.2.1 可编程图形硬件

2.2.2 shader language

2.3 虚拟场景渲染机制

2.4 Cesium简介

2.5 本章小结

3 面向场景的数据组织及三维快速重构

3.1 GeoJSON

3.1.1 JSON数据源

3.1.2 GeoJSON数据格式

3.2 CZML

3.2.1 CZML简介

3.2.2 CZML数据结构

3.3 3D Tiles

3.3.1 3D Tiles简介

3.3.2 3DTiles数据结构

3.4 三维场景快速重构

3.5 本章小结

4 基于Cesium的多维动态可视化关键技术

4.1 仿真场景离线渲染

4.2 基于剔除算法的场景优化方法

4.3 基于物理渲染（Physically-Based Rendering,PBR）的模型渲染方法

4.4 大规模地形绘制渲染方法

4.4.1 地形绘制问题

4.4.2 基于分块LOD的大规模地形绘制方法

4.5 本章小结

5 基于Cesium的多维动态可视化总体设计及系统实现

5.1 系统架构

5.2 系统总体结构

5.3 功能需求

5.4 功能设计及原型系统实现

5.4.1 离线虚拟地球场景

5.4.2 平台浏览视图

5.4.3 图层、数据管理

5.4.4 地理处理功能

5.4.5 分析功能

5.5 原型系统部署

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间所取得的学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韩昕熠

导师: 陈晓宁,何建宁

关键词: 倾斜摄影测量,三维分析,可视化

来源: 西安科技大学

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: 西安科技大学

分类号: P208

总页数: 72

文件大小: 6878K

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