三维拓扑关系定性表示及检索应用

发布时间：2017-05-30 20:01

  本文关键词：三维拓扑关系定性表示及检索应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三维空间关系在地理信息系统(GIS)有着广阔的应用前景,是GIS基础理论研究的一个重要前沿课题。GIS所涉及的范围不仅包括大气层及地球的外层空间,还包括地球的表面空间以及地球的内部空间。其空间对象包括大气环境、建筑道路、矿坑边坡、井巷工程、煤岩地层等,这些对象存在复杂的空间关系,它们都是以三维空间实体的复杂形式存在。3D GIS系统的仿真描述和分析离不开三维空间关系,因此三维拓扑分析、三维空间分析等已经成为研究学者关注的焦点。现有的空间关系模型大多数是针对二维平面对象的,二维空间关系的研究已经趋于成熟。相比而言,三维空间关系的研究就少得多,现有的研究也主要集中于三维拓扑关系。三维拓扑关系研究的重点是如何有效地定义各类空间实体,与二维情形相比,三维拓扑空间中的空间实体更加复杂,这使得我们对三维空间实体的定义和描述变得十分困难。现有的三维空间关系模型一般研究结构相对简单的三维实体,自身结构复杂的三维实体,由于表示实体的数据结构复杂,其空间关系往往难以描述和处理。在现有的三维空间关系模型中,比较知名的是4I模型和9I模型。4I模型是一种二值拓扑关系模型,该模型将每个空间实体表示为由边界和内部组成的集合。9I模型是在4I模型的基础上,增加了空间实体的外部,该模型通过定义两个空间实体的边界、外部、内部之间的交集内容来确定两个实体之间的拓扑关系。这两种模型具有比较强的区分能力。目前虽然已经提出了一些三维空间关系模型,但是对三维空间关系相似性的研究却没有开展。而缺乏对三维空间关系相似性的度量,直接导致针对三维空间关系的检索无法实现。为此,本文提出了一个新的三维空间拓扑关系模型——三维实体连通图模型。在该模型中,如果两个三维实体存在公共部分,则将其之间建立连接关系,形成图模型。基于该模型,提出了三维空间关系相似性度量方法。本文检索工作包括三维实体检索和三维空间关系检索两部分。三维实体检索是通过提取模型的特征来表示三维模型,通过特征值之间的比较,完成三维实体的相似性度量。三维实体检索改进并应用了三维模型检索的成熟技术。三维空间关系检索以三维实体检索为基础,并应用了我们提出的三维空间拓扑关系模型。本文最终实现了对2个三维实体构成的三维场景的检索,并进行了模拟实验。本文的工作主要包含以下几个方面:1.简单介绍三维模型检索,为三维空间关系检索提供理论基础。2.对于现有的三维拓扑关系模型的研究现状进行综述,重点介绍了几种三维拓扑关系模型,分析其研究现状和所存在的问题。根据现有理论,依据三维实体连通关系构建三维实体连通图模型,给出构建三维实体连通图的算法。根据这个算法得到了两个实体的三维拓扑关系图。3.简单介绍图谱理论,基于图谱理论,以三维拓扑关系图为基础,给出两个实体的三维拓扑关系图的相似性度量算法。然后,基于三维模型检索的相关理论,构造三维实体模型的相似度度量公式。最后,我们结合三维拓扑关系图的相似性度量,给出两个三维实体空间关系相似性度量算法。4.建库和测试,通过对比实验验证本文所提出的方法有效。
【关键词】：三维拓扑关系 三维实体连通图模型 图谱理论 三维模型检索 相似性度量
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P208
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第1章 绪论12-16
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 研究现状13-14
• 1.3 本文研究内容14-15
• 1.4 本文组织结构15-16
• 第2章 三维模型检索16-25
• 2.1 三维模型检索概述16
• 2.2 三维模型检索所涉及到的技术16-19
• 2.2.1 用户检索接口17-18
• 2.2.2 性能评价18-19
• 2.3 相关特征提取技术19-21
• 2.3.1 统计特征20
• 2.3.2 视图特征20-21
• 2.3.3 拓扑特征21
• 2.4 三维模型相似性度量21-24
• 2.4.1 距离度量法22-23
• 2.4.2 非距离度量方法23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 三维拓扑关系模型25-36
• 3.1 三维拓扑关系模型综述25
• 3.2 现有的三维拓扑关系模型25-31
• 3.2.1 2D-String模型26
• 3.2.2 RCC模型26-27
• 3.2.3 四交集模型27-29
• 3.2.4 九交集模型29-30
• 3.2.5 基于单纯形剖分的模型30
• 3.2.6 点邻域模型30-31
• 3.3 基于连通图的三维拓扑关系模型31-35
• 3.3.1 三维实体连通图拓扑关系表示31-33
• 3.3.2 构造三维实体连通图算法33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 三维拓扑关系相似性度量36-44
• 4.1 图谱理论36-39
• 4.1.1 图的相关理论36-37
• 4.1.2 图的存储形式37-39
• 4.1.3 谱的概念39
• 4.2 基于连通图的相似性度量39-40
• 4.3 三维拓扑模型的相似性度量40-43
• 4.3.1 构造相似度公式40-42
• 4.3.2 三维实体拓扑关系度量算法42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第5章 三维拓扑关系检索44-51
• 5.1 三维模型库44-45
• 5.2 检索评估标准45-46
• 5.3 实验设计46-50
• 5.3.1 实验结果分析46-48
• 5.3.2 方法对比48-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第6章 结论与展望51-53
• 6.1 本文工作总结51
• 6.2 未来工作展望51-53
• 参考文献53-59
• 作者简介59-60
• 致谢60

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