基于离散点的空间复杂实体三维建模

发布时间：2018-02-13 01:20

本文关键词： 离散点三维建模 Delaunay三角剖分逐点插入算法离散点可移动的三维建模　出处：《昆明理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：传统的GIS,即二维GIS,一般以平面为定义域,实数空间的子集为数值域,定义域与值域存在唯一的映射关系,由此产生的函数关系决定了传统GIS的二维本质,因此它在信息显示、高级空间分析、对空间复杂实体的处理等方面均存在局限性,这使得二维GIS已经无法满足日益发展的城市规划设计、资源环境管理、生态环境监测与保护、地质探勘测量等诸多国民经济领域的需求,为了克服其局限性,从而更加准确和完整地表达和重现真实的三维空间信息,必须将二维GIS过渡到三维GIS,而三维GIS的核心正是三维建模。在诸多的三维建模算法中,目前又以三维Delaunay三角剖分算法应用最广,原因在于它具备良好的数学理论基础,对网格的局部控制能力强,网格单元自动趋向于正四面体等优良特性,这些特性保证了其所生成的网格能够更好地逼近于实体边界,重现原始模型的尖锐特征,非常适用于空间复杂实体的三维建模,但由于三维空间的复杂性,该算法仍需作进一步的研究与改进。同时,随着测绘技术的快速发展,数据采集的精度得到了普遍的提高,甚至出现了精度过剩的现象,而实际的空间分析精度又普遍低于测绘成果,基于这样的情况,本文试图在不影响视觉效果和空间分析精度的前提下,初步探究离散点可移动的建模思想。本文首先对空间离散点的三维Delaunay三角剖分算法进行了研究,基于逐点插入算法的基本思想,针对算法实现过程中的关键环节进行了优化和改进,包括数据预处理、初始四面体网格的建立、点定位及Delaunay空腔的确定、新四面体的生成及拓扑关系的建立等几个方面,提高算法实现过程中各环节的运行效率,从而在保证网格质量的同时,提高三维Delaunay三角剖分的整体效率。而针对离散点可移动的建模算法,首先要明确离散点的“移动”并不是任意的,而是要充分考虑原始模型的特征,确定合适的离散点移动规则,在一定的范围内对离散点的原始点位进行“微调”,离散点移动的幅度,可视实际应用的精度需求而定,在保证不影响视觉效果和空间分析精度的前提条件下,使得移动后的离散点之间的拓扑关系便于确立,然后以离散点移动后的点位进行空间实体建模,最后通过建立模型评价系统对离散点移动前后的建模效果进行比较,以检验该算法的可行性。本文研究的内容如下:(1)研究二维凸包问题,实现不同初始凸包形式的快速凸包算法,对比不同的初始凸包形式对其整体效率的影响;(2)深入研究基于逐点插入算法的三维Delaunay三角剖分,并对其实现过程中的关键环节进行优化和改进,以提高网格质量和算法效率;(3)研究了离散点集数据预处理的问题,使得原本杂乱无章的离散点集,具备局部有序性,提高点定位的效率;(4)研究三维空间中的点定位问题,提高点定位效率,使其能快速准确地定位插入点所在的四面体;(5)对利用空外接球准则确定Delaunay空腔以及提取Delaunay空腔的边界的问题进行研究;(6)初步探究离散点可移动的建模理论,对离散点的移动规则以及离散点的移动算法进行研究;(7)研究了外围轮廓线的生成算法,根据平面上离散点的分布情况生成外围多边形,通过凸包逐步收缩逼近离散点的轮廓;(8)研究了相邻两轮廓线间生成三角网的算法;(9)离散点可移动的建模算法。先将离散点移动到相应的平面上,然后生成外围轮廓线,最后在相邻两条轮廓线之间生成三角网,并对其进行整合形成一个整体。最后通过大量的实验对本文所提出的算法进行了测试,并较为详细地分析了实验结果,取得了一些具有一定指导意义的结论。实验表明,本文所研究的改进的三维Delaunay三角剖分算法和离散点可移动的建模算法是正确、可行的。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P208

【参考文献】