移动端三维可视化原型系统设计与实现

发布时间：2017-05-07 09:06

  本文关键词：移动端三维可视化原型系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三维GIS不仅可以表达空间数据对象的平面关系和垂向关系,而且可以对其进行三维空间分析和操作,给人以身临其境的感受。因此基于台式机的三维可视化系统己广泛应用到“数字城市”、“智慧城市”的建设当中,为我们的社会快速发展提供了强有力的技术支撑。目前,随着移动互联网技术,移动通讯技术和移动终端技术的快速发展,传统的桌面GIS正在逐渐向移动GIS发展。但是这些应用系统通常对电脑的CPU和GPU运行速度、物理存储空间、内存和显存空间等硬件要求较高,通常只能运行于性能优越的台式电脑或者笔记本电脑上。为了解决这一难题,本文致力于从数据组织与存储、网络传输、渲染机制及相关技术入手。完成基于Android的移动三维可视化原型系统的设计,实现大规模三维空间数据快速浏览、空间查询分析等功能。针对以上提到的问题,本文将着重在以下几个方面开展研究分析工作并提出了解决方案：(1)三维数据组织和存储方面三维空间数据通常可以分为地形、影像、模型等数据。这些数据一方面可以有效增强三维GIS系统的虚拟现实感和用户的体验感受,另一方面也给移动GIS系统的运行带来了很大的挑战。针对不同的数据采取不同的策略,通过构建金字塔模型对地形、影像数据进行分层分块组织；模型数据利用渐进格网算法化简分割成基础模型和节点数据,以便适用于网络流传输。最后所有数据导入数据库,便于数据查询和管理,从而适用于数据进行网络传输和调度。(2)三维数据的传输方面对现有的数据传输策略和基本原则进行分析研究。在现阶段网络带宽条件下,数据的网络传输远远达不到系统实时渲染的要求,导致用户等待时间较长,降低系统的流畅体验。本文采用基于渐进格网的流传输技术进行三维数据传输,减少数据传输带来的时间延迟,提高系统的浏览顺畅性。(3)三维数据渲染方面对于移动端三维可视化原型系统来说,移动设备自身硬件计算能力有限、屏幕分辨率较精细、电池续航时间不长与三维场景数据量大之间的矛盾,是三维场景的实时渲染技术的难题。针对上述矛盾,本文采用基于视点距离的格网调度、视景体剪裁、数据预下载缓存等策略,降低数据渲染量,减轻CPU的渲染负担,从而提高移动三维可视化系统的流畅性。(4)系统设计与实现方面根据以上提出的机制和方案,设计并实现了大规模地形可视化系统,主要介绍了可视化系统的模块和主要的功能,并对系统的性能进行了实验对比和分析。
【关键词】：移动三维可视化 渐进传输 视景体裁剪 视点路径预测
【学位授予单位】：中国测绘科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P208
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 研究目的12
• 1.3 国内外研究现状及存在的问题12-15
• 1.3.1 国外研究现状13-14
• 1.3.2 国内研究现状14-15
• 1.4 论文的主要研究内容和目标15-16
• 1.4.1 三维数据组织与存储15-16
• 1.4.2 三维数据传输16
• 1.4.3 三维数据渲染方式16
• 1.5 论文的组织结构16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 第二章 移动端三维可视化原型系统的理论基础18-26
• 2.1 Android相关知识18-20
• 2.1.1 Android系统框架18-19
• 2.1.2 Android应用构成和工作机制19-20
• 2.2 OpenGL ES 3.0相关知识20-22
• 2.3 三维变换的相关知识22-25
• 2.3.1 几何变换22-23
• 2.3.2 投影变换23-24
• 2.3.3 裁剪变换24-25
• 2.3.4 视口变换25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 移动端三维数据组织和存储的技术研究26-34
• 3.1 概述26
• 3.2 地形数据组织和存储26-29
• 3.2.1 地形数据组织26-27
• 3.2.2 地形数据编码规则27-28
• 3.2.3 地形数据存储28-29
• 3.3 三维模型数据组织和存储29-33
• 3.3.1 模型数据组织29-31
• 3.3.2 模型数据化简规则31-32
• 3.3.3 模型数据存储32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 移动端三维数据传输的技术研究34-44
• 4.1 概述34-36
• 4.1.1 三维模型数据传输研究现状34-35
• 4.1.2 网络流式传输原理35-36
• 4.2 三维模型渐进格网传输36-42
• 4.2.1 网格模型压缩技术的分类36-39
• 4.2.2 三维模型数据编码39-41
• 4.2.3 三维模型数据解码41-42
• 4.3 本章小结42-44
• 第五章 移动端三维数据渲染技术研究44-56
• 5.1 概述44-47
• 5.1.1 地形数据渲染研究现状44-46
• 5.1.2 模型数据渲染研究现状46-47
• 5.2 移动端三维渲染机制优化方法研究47-53
• 5.2.1 基于视点距离的格网调度策略48-49
• 5.2.2 视景体剔除策略49-51
• 5.2.3 数据预载入策略51-53
• 5.3 空间数据分层渲染53-54
• 5.4 本章小结54-56
• 第六章 移动端三维可视化系统的设计与实现56-65
• 6.1 系统框架与模块设计56-58
• 6.1.1 数据预处理模块56-57
• 6.1.2 实时渲染模块57-58
• 6.2 移动端三维可视化系统实现58-63
• 6.2.1 软硬件要求58
• 6.2.2 系统实现步骤58-61
• 6.2.3 系统的主要功能61-63
• 6.3 实验结果与分析63
• 6.4 本章小结63-65
• 第七章 总结与展望65-67
• 7.1 工作总结65-66
• 7.2 未来展望66-67
• 参考文献67-69
• 致谢69-71
• 作者简历及在读期间参与的研究工作71

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