基于WebGL的三维地形可视域分析算法研究

发布时间：2020-10-26 19:12

　　 3D地理信息系统(Geographic Information System,GIS)中的可视域分析在人们对地理空间的感知、认知中起到了重要作用,广泛应用于景观分析、城市规划、军事、游戏等领域。本文基于此研究了基于三维地形的可视域分析的相关理论,并针对现有算法在浏览器端的不足,提出了一种基于WebGL的改进算法,使之可以高效的应用于浏览器中,并结合实际案例,对于可视域分析在实际生产生活中的重要作用进行探讨。本文主要研究内容及结论如下:对可视域分析相关理论知识进行梳理总结,详细剖析了可视域分析的两大基本因素,通视性分析以及可视域,其中通视分析是整个可视域分析的基础,如何有效的计算两点间的通视性关系到可视域分析算法的复杂度,这也是之后进行算法改进的核心点,介绍了常用的四种通视性算法并对其各自优缺点进行比较,使用时根据合适情况选择对应方法。同时分析了三种常用的基于视线的可视域分析算法,对于每种算法的原理进行了详细阐述,为后文提出的改进算法打下理论基础。在已有的基于视线的可视域分析算法的基础上提出了一种高效的改进可视域算法。其改进原理主要是依靠地形连续性情况下,对于前点可视性的复用,从而节省大量计算,同时对于采样点的选取也根据视线半径进行优化处理,以最大限度的提升算法效率。使用该改进算法与传统基于视线算法以及软件中的可视域分析进行实验对比,分别在山地、丘陵、平原等不同地势区域执行可视域分析,对算法执行时间以及计算点数进行统计,可以看到改进算法在执行时间上的提升非常明显,计算量大幅降低,尤其是在地势平坦、遮挡较少区域,改进算法的效果尤为明显。通过实验结果对比也很好的验证了改进算法的高效性。结合改进算法,利用Cesium平台,构建基于WebGL的可视域分析系统,其中有三个核心技术点,影像以及地形数据加载、观察点选取、可视域计算与显示,结合Cesium相关技术,对这三个关键点进行分析并编程实现。最后利用构建的基于WebGL的可视域分析系统结合实际案例,以武当山景区为例,选取五个著名景点,执行景观可视域分析,并通过新增点进行可视域分析说明新建景观点的合理性,阐明了三维地形可视域分析在景观分析、规划、设计中重要作用,同时对于武当山森林防火瞭望台的选址利用可视域分析进行了分析布局规划。
【学位单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P208
【部分图文】：

图２￣４?Ｊａｎｕｓ原理示图???算法??法是基于Ｂｒｅｓｅｎｈａｍ的直线绘制原理的。利用的近形高程都与格网中距离该点最近的节点高程相同，等于该格网中心点的高程值。采样高程点的选取主

投影到格网上，同时还需加算视线投影与格网以及划分对角线的交点，之后与其他??算法类似，依次比较交点得地形高程与视线对应点高度，即可判断出通视与否。原??理如图２４所示。ＭｏｄＳＡＦ算法对ＤＥＭ格网做了进一步的改变，使得地形分片表面??更加平滑，也避免了如Ｊａｎｕｓ算法中计算高程时的所用的四点双线性多项式内插而??改用计算更简便的线性内插。??１７??

插值来获取交叉点的高程。在进行通视性判断时，使用斜率进行比较而不是直接使??用高程比较大小，划分线与视点的斜率大于视点与目标点斜率的，则目标点与视点??之间不通视，否则可视。原理如图２－７所示。可以看到由于需要计算斜率，需要将??所有交点的高程值计算在求出斜率，这种方式的计算速度比较慢，但是精度会高于??Ｊａｎｕｓ算法。??１８??
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本文编号：2857409