1、本科毕业论文（设计）开题报告 论文中文题目 基于 Opengl 的地形三维可视化系统设计与实现 论文英文题目 With realizes based on the Opengl terrain three dimensional visualization system design 专业 计算机科学与技术 1.选题的背景和意义 地形三维可视化是地理信息系统 (GIS)、数字摄影测量 (DP)和遥感 (RS)的重要研究内容。地形三维可视化是研究数字地形模型 (DTM)或数字高程域中显示 、简化、仿真等内容 的学科，它属于计算机图形学的一个分支。 近年来，由于计算机科学、计算机图形学以及现代数学
2、理论的不断发展和创新，虚拟现实 (VR)、科学计算可视化 (SV)逐渐成为众多学者研究的热门。随着 GIS 研究的不断深入，地理信息的表达方式已经逐渐由二维扩展到三维。地形是非常重要的一类自然景物，具有特征复杂多样、数据量巨大的特点。地形的应用在 GIS 应用中占重要地位，逼真、实时地形表达对于准确的空间认知有巨大意义。当前在 国内外竞相研制三维数码城市、三维数字小区的氛围下， 研究地形三维可视化有着广阔的应用背景，越来越受到人们的关注。 我国政府从国家战略的高度将“数字地球”列为中国 21世纪的战略目标之一。“数字地球”强调对地球的真三维描述。在实现“数字地球”这一历史是使命的过程中，需要有
3、现代空间信息科学技术的支撑，其中，地形三维可视化的研究意义重大。近年来，地形三维可视化技术越来越广泛地运用于国土资源管理 、 地理信息系统（ GIS） 、 环境仿真 、 数字城市等领域，对于空间分析 、 规划决策具有重要意义。三维真实感地图形能够逼真地反映外部真实世界，相对传统的纸制地形图和计算机生成的线划地图，三维真实感地形具有可视化程度高 、 存储和查询方便 、 可实时生成等优 点。因此三维真实感地形生成也就成了近年来研究的热点问题。 课题基本内容，拟解决的主要问题 地形三维可视化是三维可视化系统的重要组成部分，是实现系统其它功能的主要载体。要实现地形三维可视化，首先就要获取地形影像纹理和
4、数字高程模型；其次要对影像纹理和数字高程模型进行有效管理；最后采用合适的算法来实现地形可视化，并能够对三维地形场景进行移动，旋转等控制，实现从各个方位，角度去观察三维地形场景。对于三维可视化设计来说，项目管理无疑是最佳选择。因此，研究如何对三维场景实现基于 Oracle 数据库 的项目管理显得尤为重要。本课题 利用 OpenGL 开放图形库的 200 多个函数，在前人对三维可视化研究的基础上，针对大范围的地形模拟的需求，以实现高度真实感三维地形的可视化 。这种处理方法能够使生产出的三维地形图在兼顾高度逼真的同时，能够实际地处理空间分析操作运算，满足了实践中的需要。 解决的关键问题是： 1.地形
5、三维可视化系统框架与 OCI 类模块设计 一个完整的地形可视化系统包含多个模块，首先需要建立的就是系统框架，然后再框架的基础上，逐步开发系统的其他功能，最后完成整个地形三维可视化系统的开发。 2.地形三维可视化系统的 地形渲染实现 在具备地形三维可视化系统框架基础上，通过读取相应的数字高程模型（ DEM）和影像纹理，将影像纹理叠加在 DEM 上，通过一定的算法就可以实现地形三维可视化。 3.地形三维可视化系统项目管理与辅助功能设计 在实现了地形的三维可视化，就需要能够对三维地形场景进行移动，旋转等控制，实现从各个方位，角度去观察三维地形场景。 课题研究方法及技术路线 首先针对课本涉及到的相关技
6、术思想分别进行阐述如下，并提出相应的初步解决方案。 基本思想： 利用 Opengl 图形库来读取 DTM 数据文件 ，生成地形模型，并将遥感图象映射到模型表面，以仿真客观世界。 学术思想： 1.数字地面模型及构三角网技术 数字高程模型 (DEM)是地形空间连续起伏的数字表达，它由对地形表面取样所得到的一组点的 (X、 Y、 Z)坐标数据和一套对表面提供连续描述的算法组成。 DEM 的最常见形式是高程矩阵或称为规则矩形格网 Grid,它可以由对不规则或规则的空间数据点进行插值获得。 DEM 的另一种表现形式是不规则三角网 (TIN)， TIN 是一个使用一系列连续相邻的不规则三角形组成的地面模型
7、， X 坐标和 Y 坐标间距不定。这两种表现形 式相比之下， TIN 模型能较好地顾及地貌特征，允许在地形复杂的地区收集较多的信息，其数据冗余少，简化数据可能带来的失真也较小，所以本文建立三维地形模型中运用的是不规则三角网(TIN)。计算机图形学中的所有光滑曲面最终都是由多边形 (主要是三角形 )无限逼近得到的。因此建立曲面模型的实质是构造用来逼近该曲面的空间三角网 。 利用采集到的离散点根据Delaunay 三角网的构网规则生成三角网 。 Delaunay 三角形定义为 :组成三角网的每个三角形不包含数据点集中除构成该三角形三顶点以外的任何其它点 ,即 Delaunay 三角网能 最大限度地
8、保证网中三角形满足近似等边 (角 )性。对于任意给定的离散数据点集， Delaunay 三角网的网形是唯一的。 2.三维可视化技术 由于地形的复杂性，实时可变性，不宜再采用传统的手工建模的方法（如 3D MAX 建模软件上建模），因此，首次提出仅仅使用直接输入的空间数据使地形动态生成的方法，然后通过独立于任何硬件和系统的底层开放式图形库 Opengl，依托 MFC 编程实现。详细讨论Opengl 在地形三维现实中的应用，从而实现三维的动态生成。 研究方案，技术路线： 根据课题应用平台的需求，参考其相关学术思想拟 主要研究发难及其技术路线如下： 1.地形显示 本课题最终成果就是将地形进行三维显示
9、，并能够对三维地形场景进行移动，旋转等控制，实现从各个方位，角度去观察三维地形场景。要实现地形可视化就必须要获取地形影像纹理和数字高程模型，其次要对影像纹理和数字高程模型进行有效管理，最后采用合适的算法来实现。 2.地形三维可视化系统框架设计 框架设计主要涉及的内容如下： 2.1 文件 2.2 数模与纹理 2.2.1 数模读取与分块处理 2.2.2 纹理影像入库 2.3 编辑 2.4 查看 2.5 帮 助 3.地形三维可视化项目管理（主要实现客户的管理） 在连接 Oracle 数据库的情况下在框架中创建项目管理这块内容并在项目内容下添加如下项目： 3.1 新建项目 3.2 打开项目 4.绘图模
10、式的控制（主要实现绘图的控制） 在框架中添加绘图模式这个模块并在模块下添加以下模块： 4.1 线框模式 4.2 渲晕模式 4.3 纹理模式 5.空间查询（主要实现空间查询功能） 在框架中添加空间查询这个模块并在模块下添加以下模块： 5.1 查询表示设置 5.2 查询三维 坐标 5.3 查询空间距离 本次课题主要通过 OpenGL 和 VC+6.0 联合编程实现各种功能模块的设计与运行，连接Oracle 数据库进行项目管理，并且基于 OCI 类模块设计地形三维可视化的系统框架，通过地形三维可视化的地形渲染效果使得影像更加逼真。 4.研究的总体安排和进度计划 总体安排： 第一步，准备题目。 第二步
11、，查阅资料。 第三步，提交开题报告，准备开题。 第四步，完成作品设计并提交。 第五步，完成论文初稿并提交。 第六步，完善作品和论文。 第七步，打印论文。 第八步，准备答辩。 第九步，进 行答辩。 第十步，完成所有电子材料提交工作。 进度计划： 2010.10.1-10.31 查阅资料，撰写综述、翻译及开题报告 2010.11.1-11.6 开题答辩 2010.11.7-2011.1.10 作品设计过程 2011.1.10-1.21 作品验收，审核论文大纲 2011.2.21-4.8 论文撰写和修改过程 2011.4.10-5.7 评审、打印论文 2011.5.7-5.8 答辩 2011.5.1
12、3 以 前 提交所有电子材料 5.主要参考文献 1 李志林 朱庆 .数字地面模型 .武汉 :武汉测绘科技大学出版社 .2001年 2 吕希奎 周小平 .实战 Opengl 三维可视化系统开发与源码精解 .2009年 3 徐青 .地形三维可视化技术 .北京 :北京测绘出版社 .2000 年 4涂超 .用 OpenGL3D 制作地形模型 .现代计算机 .1999年 .80期 :17-18 5尚游 .陈岩涛 .OpenGL 图形程序设计指南 .北京 :中国水利水电出版社 .2001年 6何明 张兵 潭华 .OpenGL 三维图形系 统开发与实用技术 .重庆 .重庆大学出版社 .2003年 7薛安 马蔼乃 李天宏 .基于 OpenGL 实现真实感地形表现的研究 .中国图象图形学报 .2001年 .08期 :801-805 8赵振平 . Oracle 数据库精讲与疑难解析 . 电子工业出版社 ， 2008.5 9史文中 著 .三维空间信息模型与算法 .电子工业出版社 , 2007.5 10王瑛 著 .Oracle 数据库 基础教程 .北京：人民邮电出版社 ,2008.10
