虚拟地球上高维影像三维可视化方法研究

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基于虚拟地球的遥感影像三维可视化,一方面有利于向普通大众展示影像信息,为娱乐、教育、以及科学探索等工作带来极大便利,另一方面,影像的三维可视化为科研工作者提供了更好的成果展示平台,利用其进行气候变化展示、空间GIS分析等。然而,目前虚拟地球实现的遥感影像三维可视化方法通常忽略了遥感影像多波段特性,可视化时选择只三个波段显示,这种方法一方面在一定程度上会限制影像信息传达,另一方面影像动态表达能力有限。针对目前遥感影像三维可视化方法中存在的这些限制,本文设计实现了一种高维影像动态三维可视化方法,该方法不受影像波段数目限制,适用于具有多波段特性的遥感影像数据。本文方法将高维遥感影像数据整体当作一个3D立方体数据处理,三个维度分别对应于遥感影像长度、宽度和波段数,在虚拟地球上实现影像可视化时,一方面,使用者可以从任意观测角度无障碍观测三维影像场景,另一方面,影像可视化波段也可以根据使用者意愿随意切换。论文主要工作及贡献如下:(1)为了重复利用虚拟地形数据,论文设计实现了一种不规则退化四叉树数据模型组织方式,一方面可以直接利用已有地形瓦片数据,避免重复计算以及地形穿插问题,另一方面针对不规则影像可视化,可以有效避免空白区域节点计算冗余等问题。之后针对波段切换问题,本文采用数据逐波段储存与分块管理方法,采用线性列表存储方式,控制数据存储文件大小并有效提高波段切换效率,加速模型调度效率,最后,对模型组织方法进行试验,验证了算法可行性与效率。(2)针对数据模型调度效率,论文设计实现了一种数据二级缓存方式,在节点一级缓存基础上加入了影像波段切换方案二级缓存,有效解决了波段切换数据重复读取等问题,在此基础上,本文设计实现了一种基于观测视线与瓦片法线夹角的视锥裁剪方法,大大提高了裁剪效率,进一步加速了数据调度效率,最终有效解决了波段切换时场景卡顿问题。(3)高维影像可视化波段切换方法与可视化信息表达效果息息相关,为了实现遥感影像多维动态可视化良好效果,本文设计实现了多种波段组合典型可视化模式。针对不同应用场景,本文设计可视化模式区分为静态模式和动态模式两大类。静态模式主要是针对影像解译地物差异最大化,动态模式针对时序变换影像可视化以及影像动画效果等实现。本文方法针对可视化模式预留了接口供使用根据需求自生设计,本文设计典型模式仅考虑了影像可视化常用场景。本文实现的多波段遥感影像动态可视化方法,实现了影像4D可视化模式,将影像数据以3D立方体形式处理,随着时间变化动态显示不同波段,利用视觉连续性,实现影像动画效果。影像动态三维可视化方法实现了静态空间的展示模式到多维动态空间的转变。“多维性”体现在影像波段多维、显示模式多维等方面,动态性体现在用户与三维场景交互方面。
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