三维地形的模拟生成方法研究
三维地形的模拟生成方法研究
朱梅
摘要：地形是自然界最复杂的景物之一，三维地形的模拟是可视化系统中最基本也是最重要的技术之一。分形地形的生成是三维自然景物的模拟的重要组成之一，本文从三维地形的生成方法入手，重点介绍了基于分形技术的三维地形的模拟生成相关技术．以分形技术中的一维中点位移法、二维中点位移法为基础，引出了Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｓｑｕａｒｅ算法，并介绍了使用该算法生成三维地形的过程。
关键词：三维地形模拟可视化真实地形分形
随着仿真技术和虚拟现实应用需求的不断提高，具有真实自然视觉效果的虚拟环境建模技术正发挥着越来越重要的作用，而自然景物如地形、植物、云烟、水火、海浪等的建模则是其中不可或缺的一个方面．其中，尤以地形的建模在实践中有很强的应用需求，如军事演习及训练、军事仿真视景系统开发、基于遥感和卫星图像的大范围虚拟环境自动建模等。三维地形的生成技术在飞行模拟或背景纹理图制作及三维动画制作和三维军事地图等多种技术中得到广泛应用。
地形是自然界最复杂的景物之一，三维地形的模拟是可视化系统中最基本也是最重要的技术之一。
地面的模拟可以分为两类:真实地形与模拟地形。真实地形是现实世界中真实地形的再现，具有非常高的真实度，必须采用真实世界中的具体数据来构造。模拟地形一般采用随机生成或分形法生成，采用这种方法生成的地形也很美观，生成的速度也很快。
三维地形的生成方法可分为三种：基于真实地形数据的地形生成和实时显示，基于真实地形数据建模构造场景的常用方法是采用数字地面模型和数字高程模型。数据获取有难度，而且数据量大，绘制速度对环境设备要求较高；基于随机方法数据拟合的地形仿真，最简单且常用的一种地形建模方法，是由稀疏分布点的高程值构成一些简单的三角形平面，形成地形框架。这种方法渲染速度很快，但地形的真实感会打很大的折扣；基于分形技术的地形生成仿真，其中地形完全由分行算法生成或半自动生成。
分形几何学是一门以不规则几何形态为研究对象的几何学。它能够逼真地显示自然景物，对自然现象的真实绘制和建模起着重要的作用。在自然物体不规则形态背后都有一定规则性，比如海岸线、山脉、云、河流等都可以用分形方法建模，相比其他景物，地貌形态是研究的重点内容。
基于分形技术的地形生成仿真主要是利用了分形的自相似原理，用递归算法使复杂的大块地形可用简单的小块特征地形经过一定的规则来生成。分形地形建模大致可归纳为泊松阶跃法、傅立叶滤波法、中点位移法、逐次随机增加法和带限噪声累积法等5类。用分形法进行自然景物建模能有效的表达自然界中许多非线性现象，也是迄今为止能够描述真实地形的最好的随机过程。一般用于非真实感地形的模拟。
二维空间中的分形插值算法是通过在平面上划分正方形网格，随机给四个角点的颜色；然后根据4个角点的颜色的平均值，产生中点M的颜色；根据A、B、M点和网格外一虚拟点取平均，得到边中点E的颜色，根据B、C、M点和网格外一虚拟点取平均，得到边中点F的颜色，同理取得G、H的颜色；根据小正方形BEMF四角点颜色的平均，取得小正方形中点以及边中点的颜色；以此类推；再通过递归，使正方形网格不断细化，直到达到预期的递归深度。
图：算法描述步骤
图：执行完一组后，如（C）所示，得到的九个点显示图
图：执行完一组后，如（e）所示，得到的25个点显示图
总体上看来，根据分形插值算法所得的高度数据有一定的平滑性，而在局部上高度数据变化范围非常大，这样，在视觉上地形显得非常尖刺或皱折。为了能够得到更好的视觉效果，要对高度数据做一定性的平滑处理。但能满足仿真应用的要求。
参考文献
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基于openGL的三维地形场景的生成
基于openGL的三维地形场景的生成
1、背景介绍 (3) 2、openGL中地形动态显示 (3) 3、程序的主要功能 (4) 3.1 三维地形的生成 (4) 3.2 天空盒的生成 (8) 3.3 树的生成 (9) 3.4 ３ＤＳ模型的读入 (11) 3.5 键盘交互实现漫游 (11) 3.6汉字的显示 (12) 4、总结 (13) 4.1 项目总结 (13) 4.2 小组成员分工 (14) 参考文献 (15)
1、背景介绍 地形是自然界最复杂的景物之一，对其三维显示和漫游一直是计算机图形学、地理信息系统、数字摄影测量和遥感研究的热点之一。但由于受地形结构复杂，数据量大等条件的制约，要实时模拟具有真实感的大范围三维地形，最大的难点是，如何精简并有效地组织地形数据，以达到高速度、高精确度的可视化目的。 openGL是开放式图形工业标准，是绘制高度真实感三维图形，实现交互式视景仿真和虚拟现实的高性能开发软件包。 利用openGL进行地形动态显示的基本框架如图1所示： 图1 openGL地形现实基本框架 2、openGL中地形动态显示 利用openGL进行地形的三维可视化，包含以下几个步骤： （1）openG L模型映射：利用openGL 制作三维立体地形图，就要将数字地面模型格网用openGL提供的点，线，多边形等建模原语描述为openGL图形函数所识别。 （2）遥感图像与地形融合：openGL提供两类纹理：一类纹理图像的大小必须是几何级数；另一类Mipmaps 纹理可为任意大小。在Mipmaps纹理映射的基础上，可将遥感图像与地形融合。在遥感影像与数字地形相套合时，地形与遥感影像的配准是关键。为了获取更好的视觉效果，配准方案可采取数字地形向遥感图像配准，通过控制点，建立匹配方程，将数字地形由大地坐标系转到影像坐标系中。 （3）观察路线设置与视点计算：为了达到三维交互控制的目的，可在正射的遥感数字影像上任意选择观察路线，对路线上的采样点记录其平面坐标，根据采样点的平面位置从DEM 中采用一定的插值方法，确定观察路线上采样点的高程和平面坐标，当采用Fly-through方式观察时，观察路线上每个视点的高度可由观察点地面高程加上飞行高 度确定当采用walk-through方式观察时观察 路线上每个视点的高度可由观察点地面高程加上
数学物理方程三维可视化仿真
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/d54730502.html, 数学物理方程三维可视化仿真 作者：江萍杨华军何文森罗志华 来源：《教育教学论坛》2013年第03期 摘要：数学物理方程三维可视化仿真及创新实践训练是《数学物理方法》教学模式改革中的重要内容。本文通过MATLAB程序求解二维菱形晶格光子晶体的电磁场本征值方程，绘制出二维能带曲线，并将结果三维可视化，体现出复杂数学物理问题的物理图像，解决大学生在课程学习过程中理解困难的教学问题，加强大学生编程实践能力和创新能力的培养。 关键词：本征值问题；三维可视化仿真；光子晶体；平面波展开法；能带结构 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0247-03 一、课程背景 《数学物理方法》是理工科学生的基础课程之一，也是科研中常用的基本方法。数学物理方法课程的内容繁多，公式推导繁杂，尽管教材中的例题通常具有明确的物理意义，但是从眼花缭乱的数学表达式中看出其中所表达的物理图像，不仅学生会觉得困惑、枯燥，教师也难免觉得棘手。探索数学物理方法数值化教学的新方法，是数学物理方法课程教学中的一项重要工作，也是数学物理方法教学改革中的重要内容。利用MATLAB数值求解数学物理方程，将传统教学手段与计算机仿真教学相结合，改变只用公式符号教学的模式[1]，令学生对复杂、抽象、烦琐的数学物理问题具有更深刻的理解。本论文旨在进行数学物理方程仿真求解实践训练，着力培养大学生应用数学物理思想解决实际问题的能力。本着“重理论、强实践、突创新”的教育理念，结合科技前沿，以光子晶体的电磁场理论作为实践内容，利用MATLAB对复杂的电磁场本征值问题进行计算机仿真求解，将结果三维可视化，以此来展现复杂电磁场问题的物理图像，对培养大学生创新能力具有重要意义。 二、光子晶体电磁理论基础 在利用分离变量法求解数学物理方程时，最后都归结到求解本征值问题。在用本征函数系展开法解数学物理方程时，也要对所用的本征函数系有较好的理解[2]。所以，各种本征函数 系在数学物理方程课程的学习中有非常重要的地位。周期结构对电磁波的调控是物理学领域的基础问题。光子晶体是由介电常数周期排列形成的一种合成材料，是非均匀介质中少数可以严格遵循电磁理论的新型人工材料。在一定的晶格常数和介电常数条件下，布拉格散射使在光子晶体中传播的电磁波受到调制形成类似于电子的能带结构[3]。利用计算机仿真求解光子晶体 中的复杂本征值问题，可以帮助学生熟悉并更好地掌握本征函数系的性质和求解方法。 1.理想二维光子晶体的结构。假设介电常数为εa，半径为r的介质柱平行于z轴，背景介质的介电常数为εb，在（x，y）平面内的晶格常数为a，θ为相邻基矢a1和a2之间的锐角，
ERDAS 的三维地形可视化
南昌工程学院 毕业设计(论文) 水利与生态工程系（院）测绘工程专业毕业设计（论文）题目ERDAS的三维地形可视化 学生姓名章鹏 班级测绘工程（1）班 学号2011101843 指导教师何湘春 完成日期2015年6月1日
ERDAS的三维地形可视化 The visualization of3D terrain ERDAS 总计毕业设计33页 表格1个 插图16幅
南昌工程学院本（专）科毕业设计（论文） 摘要 随着经济与科学的迅速发展，三维可视化技术渐渐走向成熟，近来越来越受到人们的关注。本文分析了实现三维地形可视化的方法和步骤。将该地形图的高程点文件转换为IMG格式的数字高程模型的文件，然后将其与含该区域的TM影像图进行叠加，从而实现了三维地形的可视化。并在此基础上分析了三维地形可视化的应用。最后总结了在本次研究中所遇到的问题、解决方法以及所取得的成果。 关键词：三维地形可视化ERDAS ARCGIS数字高程模型
ABSTRACT ABSTRACT With the rapid development of economy and science,3D visualization technology gradually mature,recently more and more attention.This paper analyzes the realization method and steps of3D terrain visualization.The elevation of the terrain map file is converted to digital elevation model IMG format file,and then the stack with TM image with the area,so as to realize the visualization of3D terrain. Based on the analysis of the application of3D terrain visualization.Finally summarizes the encountered in this study,the problem solving methods and achievements. Key word：The visualization of3D Terrain ERDAS ARCGIS DEM
利用Smart3D建模软件生成三维地形过程精编版
利用Smart3D建模软件生成三维地形过程本篇经验将和大家介绍以一组无人机倾斜摄影照片为原始数据，通过Smart3D 建模软件，重建生成三维地形的过程，希望对大家的工作和学习有所帮助！ 工具/原料 ?包括Smart3D建模软件 ?一组垂直拍摄而且多角度、重叠度满足重建要求的航片 ?航片对应的pos数据文件 概况 关于通过无人机航拍的照片，照片进行三维重建生产模型，一些情况下照片中是自带有GPS数据信息的，而另一些情况则是会导出一组无定位信息的照片和对应的pos数据文本。 前者我们直接新建区块，把照片直接导入给软件跑出结果就ok了。 那么，这次我们主要来谈论研究第二种情况，即照片和pos分开的情况。 END 区块导入表格的编辑 区别于第一种情况我们需要编辑下导入区块的表格，我们将照片的文件路径、参考坐标系、传感器的基本信息等信息嵌入到这个表格里，通过它来实现对照片和pos信息数据的导入。后面的操作处理是跟直接导入照片的方法是没有差别的。 首先，我们看到原始数据的文件夹如下图所示，包括一组照片和相应的pos 文件，如下图所示：
1. 2 可以看到，这个pos数据是以文本文档的形式存在，如下图所示： 3 而在导入区块的过程当中，我们需要导入Excel表格，那么，这时需要运用一定的办公软件的技巧将其转换为Excel表格，这个表格需要包含如下图的4个工作表，如下图所示： 4 结果如下图所示： 5 Photogroups工作表中，名称列需要与照片工作表的PhotogroupName一致，如下图所示：
6 Photos工作表的编辑结果，如下图所示： 2.7 控制点工作表中，由于无人机航拍的区域不是很大，且对于建模成果的精度没有设定范围，追求建成模型的速度，我们本次先不设控制点，很多朋友都是误把照片放到了这个工作表中，致使处理出现问题，需要注意一下。编辑结果，如下图所示： 8 Options工作表中，是坐标系和照片路径的信息，设置如下，如下图所示：
地形三维可视化
地形三维可视化 何为地形三维可视化？ 地形三维可视化及其绘制技术是指在计算机上对数字地形模型(DisitalTerrainModels)中的地形数据实时地进行三维逼真显示、模拟仿真、虚拟现实和多分辨率表达等内容的一项关键技术，在现实生活中具有广泛的应用价值。ERDAsIMAGINE虚拟地理信息系统(virtualGis)是一个三维可视化工具，给用户提供了一种对大型数据库进行实时漫游操作的途径。它使用户能在虚拟的地理信息环境中交互操作，既能增强或查询叠加在三维表面上图像的像元值及相关属性，还能可视化、风格化和查询地图矢量层的属性信息，能够实现仿真多图层的统一管理、所见即所得的地形景观通视与威胁分析，输出高质量的三维景观图。 为何使用地形三维可视化？ GIS的核心是空间数据库，三维地理空间定位和数字表达是地理信息系统的本质待征。地形数据（如DEM等)作为空间数据库的某个持定结构的数据集合．或所有这些数据集台的总体．被包含在地理信息系统中。成为它的核心部分的实体。显然．对地形空间数据的真三维显示和在二维空间的查问与分析．也是GIS的核心内容之一。目前众多的以高性能工作站为支撑的G1S系统(如ARC／INFO、ERDAS、Genamap等)，已具有一定的地形三维显示功能，但十分薄弱。表现之一是三维图类型局限于线划式或模拟灰度表示，而对计算机图形学中的高真实感三维图形的最新的生成技术并没有及时地取而用之；表现之二是所有的空间操作和分析都在二维图形上进行相显示，缺乏直观效果。 值得一提的是，从远古到现代，地形的三维显示技术(地形三维模型的制作)最直接、最重要的莫过于军事上的应用。从美军50年代的SAGE防空指挥系统．著名的C3I系统，到在海湾战争中起丁重要作用的Terra—Base系统，不难看出，以地形三维显示以及军事地形分析在指挥白动化上的应用，—直是各国军方颁心研究的重要内容。其军营上的应用价值是不言而喻的。 就我国同情而言，在以高性能微机和图形卡上实现地形的高逼真件三维显不以及相应的空间分析等功能，具有普遍的应用价值。 地形三维可视化应用 地形三维可视化应用广泛，如：农田三维地形测量数据处理与可视化、地质环境破坏现状三维景观可视化、水库三维淹没区域分析、公路典型路段中的应用
学前教育研究方法,模拟试卷
《学前教育科研方法》模拟试卷一 一、选择题 1、德国学者C1903年出版《实验教育学》，完成了实验教育学 的系统论述。 A.杜威 B.梅伊曼 C.拉伊 D.普莱尔 2、一般把性别、学校规模、家庭教养方式等变量划归为B A．连续变量 B．自变量 C．间断变量 D．定量变量 3、某研究者计划从1000人中抽取200人作为样本，他按抽样 比率为k=1000/200=5，随机选出一个少于5 一个，直到选够200人为止，这种抽样方法是B A.类型取样 B.分层随机取样 C.简单随机取样 D.系统随机取样 4、属于三次文献的是D 5 6 A.[1]丁钧、张旭,张通和,易钟珍.幼儿教育管理[J].北京： 北京师范大学出版社，2001. B.[1]黄蕴智，延迟满足—一个值得在我国开展的研究计划 [M].心理发展与教育，1999,6(1). C．[1]张志祥.间断动力系统的随机扰动及其在守恒律方程 中的应用[D].北京：北京大学数学学院，1998. D.[1]季卫宇.提高区角活动交流有效性的策略研究 [EB/OL]. 7、着重记录某种有价值的行为，可以是有主题的，也可以是没 有主题的，不受任何时间条件限制的记录法是:A A．轶事记录法? B．日记描述法 C．连续记录法? D．间接记录法 8、某研究者欲研究有“口吃”现象的幼儿的个性特征，他应该 选择的抽样方法是：B A．分层随机抽样????? B．定额抽样 C．简单随机抽样?????? D．多级抽样 9、了解不同性别4岁独生幼儿社会交往能力的抽样方法是，A A.随机抽样 B.多级抽样 C.分层抽样 D.整体抽样 10、由右图测量的结果，可知测量的信度和效度是：A A、信度高，但效度不高 B、信度高，效度也高 C、信度不高，效度高 D、信度、效度都不高 D．等级式 13.根据自变量的性质，幼儿情绪状态与课堂秩序的实验研究属 于D A.S-R法则实验 B.多因子实验 C.验证性实验 D.P-R法则实验系统随机取样 14、控制无关变量最彻底的方式是A A.消除 B.恒定 C.均衡 D.抵消 15、符号G1X1O1X2O2；G2X2O3X1O4表示的实验设计模式是C A．等组前后测设计? B．单组时间系列设计 C．等组后测设计?? D．轮组实验设计 二、是非题（判断下列各小题，正确的写“T”错误的写“F”。 每小题1分，共10分） 1、教育研究选题的创新性就是要提出前所未有的问题。F 2、教育研究假设具有推测性，因此，我们可以随意提出研究假
地形三维建模
实验三地形三维建模 实验内容： 1、以实测高程点为基础数据，在Cass中制作地形三维模型。 2、以实测等高线为基础数据，在ArcGIS中制作地形三维模型。 主要操作步骤： 1、获取实测高程点的坐标文件数据。（*.dat） 1）使用全站仪、棱镜等测量设备，在指定区域内实测若干高程点，并记录每个高程点的平面坐标及高程。注意：测量高程点时，每个点的间距在5米左右，均匀覆盖所测区域，测站时量测仪器高、棱镜高，输入测站点高程值。高程点数不少于60个。在测高程点的同时，兼顾地物的测量。线性地物数（道路、陡坎、沟渠）不少于5个。 2）实测结束后，将数据转换成Cass坐标文件（*.dat） 在这里以CQSJ.dat数据文件为例 2、在Cass软件将高程点进行展绘，绘制成等高线。将绘制完成的数据保存为DGX.dwg。（本讲义以CQSJ.dat数据为例） 1）打开Cass，导入CQSJ.dat中的高程点 选择“绘图处理—》展高程点”菜单，依次输入绘图比例尺“1:500”，高程点的间距“1”米，即可展绘文件中的高程点。
选择“等高线—》建立DTM”菜单，构建三角网。
再选择“等高线—》绘制等高线”菜单，生成等高线
再选择“等高线—》删三角网”，删去三角网。
3）修饰等高线 在图上标注相应等高线的高程值 4）绘制其他地物（道路、陡坎、沟渠等） 注意：线性地物穿过等高线时，等高线要断开。 5）完成后，保存为DGX.dwg文件。 3、在Cass中进行地形三维建模 使用“等高线—》三维模型—》绘制三维模型”菜单，选择高程点数据文件CQSJ.DAT。 依次输入高程乘系数（默认是1.0，此值是高程值的缩放比例，如果高程值的变化不大，可适当输入较大的系数，三维地形的起伏将比较明显，本例中输入5），输入网格间距（默认是8.0，绘制网格的大小，可根据需要进行调整），选择进行拟合。即可看到地形的三维模型，由于此处的高程乘系数为5，地形起伏得到放大，显得比较明显。
1.应用MATLAB进行地理三维地貌可视化和地形分析
第17卷 增刊2 广西工学院学报 V ol117 Sup2 2006年12月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY D ec12006 文章编号 100426410(2006)S220017203 应用M AT LAB进行地理三维地貌可视化和地形分析 唐咸远 (广西工学院土建系,广西柳州 545006) 摘 要:从M A TLAB软件强大的功能入手,讨论了M A TLAB中进行地理三维地貌可视化和地形分析的方法,并展望其在工程中良好的应用前景。 关 键 词:M A TLAB;三维地貌可视化;地形分析 0 引言 M A TLAB的含义是矩阵实验室(M A TR I X LABORA TOR Y)[1],自其问世以来,就以数值计算称雄。其计算的基本单位是复数数组(或称阵列),使得该软件具有高度“向量化”。经过十几年的完善和扩充, M A TLAB现已发展成为线性代数课程的标准工具。由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。 在地理信息系统(G IS)中,地形的三维可视化通常是利用数字高程模型(D E M)来完成的,而D E M最常用表示方法为规则格网,它是将区域空间切分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个数值,即高程值。数学上可以表示为一个矩阵,在计算机实现中则是一个二维数组。可见利用M A TLAB处理D E M数据,完成地形的三维可视化分析是切实可行的。 1 M AT LAB软件及其功能 M A TLAB产品家族是美国M ath W o rk s公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境,已广泛地应用在航空航天,金融财务,机械化工,电信,教育等各个行业。该软件的主要特点包括: 1)有高性能数值计算的高级算法,特别适合矩阵代数领域;2)有大量事先定义的数学函数,并且有很强的用户自定义函数的能力;3)有强大的绘图功能以及具有教育、科学和艺术学的图解和可视化的二维、三维图;4)基于H TM L完整的帮助功能;5)适合个人应用的强有力的面向矩阵(向量)的高级程序设计语言;6)与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力;7)有在多个应用领域解决难题的工具箱。 2 利用M AT LAB进行三维可视化和分析 211 D E M数据的输入与存储形式 数据的输入可以采用两种方式:文件输入或屏幕数字化。屏幕数字化即用鼠标在打开的地图影像上单击离散点[2],获得坐标并输入高程值。 收稿日期:2006210212 作者简介:唐咸远(19732),男,广西灌阳人,广西工学院土木建筑工程系工程师。
数值模拟方法与实验方法对比
数值模拟方法与实验方法对比 摘要：科学研究与解决工程问题的基础在于物理实验与实物观测，但是采用实 物模型进行物理实验的研究周期长、投入大，有时甚至无法在实物上进行，如对 天体物理的研究。而现代科学研究方法的核心则是通过观测或实验建立研究对象 的数学模型，基于数学模型进行研究与分析。在数学模型上进行的数值模拟研究 具有研究周期短、安全、投入少等优点，已经成为现代科研不可或缺的工具。 关键词：科学研究；实验；数值模拟 1 数值模拟方法介绍 数值模拟实际上可以理解为用计算机来做实验，其可以形象地再现实验情景，与做实验并无太大区别。数值模拟方法的应用对象分为三个层次： （1）宏观层次：常见的工程建筑、制造设备、零件等； （2）界观层次：材料的微观组织与性能，如金属材料的晶粒度影响其屈服 强度； （3）微观层次：基本物理现象与机理，如金属材料凝固时的结晶与晶粒生 长过程。 宏观与界观层次的数值模拟方法包括：有限差分方法(FiniteDifferenceMethod,FDM)、有限单元法(FiniteElementMethod,FEM)、边界单元 方法(Boundary Element Method,BEM)、有限体积方法(Finite Volume Method,FVM)、无网格方法(Mesh less Method)。 微观层次的数值模拟方法包括：第一原理法(First Principle Simulation)、元胞 自动机方法(Cellular Automata)、蒙特卡洛方法(Monte Carlo Method )、分子动力学方法(Molecular Dynamics)，分为经典方法、嵌入原子模型(Embedded Atom Model)、从头计算(Ab initio calculation)的方法。 虽然在工程技术领域内能使用的数值模拟方法有很多种，但是就其实用性和 广泛性而言，有限单元法是最为突出的。有限单元法的基本原理是将一个连续的 求解域分割成有限个单元，用未知参数方程表征单元的特性，然后将各个单元的 特征方程组合成大型代数方程组，通过求解方程组得到结点上的未知参数，获取 结构内力等需要考察的输出结果。它能很好的适应复杂的几何形状、复杂的材料 特性和复杂的边界条件，加之成熟的大型软件系统支持（比如ANSYS、MARC、NASTRAN），有限元法成为一种应用广泛的数值计算方法。 2 实验方法介绍 科学实验，是人们为实现预定目的，在人工控制条件下，通过干预和控制科 研对象而观察和探索其有关规律和机制的一种研究方法。它是人类获得知识、检 验知识的一种实践形式。 2.1 实验方法的特点 科学实验之所以能优于自然观察而受到人们广泛重视，这是和科学实验本身 的特点密切相关的。 （1）科学实验具有纯化观察对象的条件的作用。 科学实验中，人们可以利用各种实验手段，对研究对象进行各种的人工变革 和控制，使其摆脱各种偶然因素的干扰，这样被研究对象的特性就能以纯粹的本 来面目而暴露出来，人们就能获得被研究对象在自然状态下难以被观察到的特性。
三维大地形模型的生成与管理方法研究
系统仿真学报Vol. 17 No. 2 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION Feb. 2005?388? 三维大地形模型的生成与管理方法研究 张恒，张茂军，刘少华 （国防科技大学五院多媒体研发中心, 湖南长沙 410073） 摘要：以虚拟战场环境为背景，针对大地形可视化中的特殊要求，介绍了三维大地形模型的生成 方法和步骤，阐述了地理数据格式的转化方法和人文特征的读取方法与显示途径。实验结果证明该 方法可以有效地应用于三维大地形模型的生成与管理，并为最终建立大范围的虚拟战场环境提供基 础。 关键词：大地形模型; 地形转换; 人文特征显示; 虚拟战场环境 文章编号：1004-731X (2005) 02-0388-04 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A Research on Generating and Managing 3D Large T errain Model ZHANG Heng, ZHANG Mao-jun, LIU Shao-hua （Multimedia Research and Development Center, 5th College, NUDT, Changsha Hunan 410073, China）Abstract: It is introduced the methods and steps for generating the large scale terrain models under the context of virtual battlefield environments. And the methods for transforming the geographic data format and reading and presenting the civil feature data are discussed as well. The experimental results show that the methods we presented are efficient to create and manage a 3D large terrain model. So these methods can provide the foundations for constructing the virtual battlefield environments. Keywords: large scale terrain; terrain conversion; culture feature display; virtual battlefield environment 引言 虚拟战场环境已成为虚拟现实技术的一个重要研究方向。其中三维大地形模型的生成和有效管理是虚拟战场环境的重要基础，并且随着计算机技术、三维图形技术与遥感技术的快速发展，利用数字地面模型（DTM）或数字高程模型（DEM），结合高清晰度卫星或航拍照片生成某区域的三维地形模型的方法，得到用户的充分肯定，已成功应用于战场模拟、地理信息系统、地形分析、铁路公路建设、气象数据可视化等众多领域。 三维大地形模型的生成与管理技术主要涉及到地形多分辨率表示、海量地形数据和纹理数据的分页管理、地形和纹理数据的LOD控制、地形和纹理数据的快速存取和更新等关键技术。尽管前人已做了很多这方面的工作，但真正实用且适合大范围三维地形的构建及其实时渲染的算法还不多。人文特征数据在地理信息系统（GIS）中使用比较广泛，数据也比较丰富，但主要还是集中二维的符号表达方式上，与三维大地形的结合还没有形成一个有效的方法和统一的过程。 另一方面，随着计算机硬件和软件水平的不断提高，人们对三维地形的真实性要求也越来越高。除了利用光照技术 收稿日期：2004-02-24 修回日期：2004-05-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目（69905004） 作者简介：张恒(1979-), 男, 辽宁人, 硕士生, 研究方向为多媒体与虚拟现实；张茂军(1972-), 男, 教授, 博导, 研究方向为虚拟现实系统、虚拟仿真、先进训练系统等; 刘少华(1983-), 男, 河南人, 硕士生, 研究方向为多媒体与虚拟现实。使三维地形有明暗显示外，通常为了提高三维地形的真实性，还可以添加图像纹理(如叠加卫星照片、彩色地形图等)、分形纹理(利用分形产生植被和水系等)和叠加地表地物(道路、河流、建筑物等)。本文着眼于构建真实感虚拟战场环境的需要，以Multigen公司的Creator软件为主要平台，研究了构建三维大地形模型的一般方法与步骤，并结合一个具体的项目，介绍了我们构建其三维大地形模型中选用的一些技术，以及得出的一些成功的经验。 1 构建三维大地形模型的过程 三维大地形模型直接为虚拟战场环境视景仿真服务。然而，仿真的应用目的直接决定三维大地形模型所需的精细程度[9]。“如果仿真应用系统的侧重点在于作战方案评估，则作战模型及其数据的合理性就至关重要，不能有较大的偏差，否则就得不出正确的作战方案结论。但与指挥过程相关的模型可以适当简化。如果仿真应用系统的重点在于训练，则模型及其数据相对合理即可，因为训练的重点在指挥的过程”[9]。不同的训练用途也决定不同的模型精细程度要求。比如：用于训练飞行员的仿真应用系统与用于训练坦克的仿真应用系统相比，对模型的精细程度与侧重点要求都有比较大的差异。为此，我们在构建三维地形模型之前，需要做的第一件事情便是进行仿真目的分析，得出仿真模型的应用需求。并由此选择合适的模型精细程度，以便以最小的代价，最大程度地满足用户的需求。 图1 显示了三维大地形模型构建过程的UML表示，具
航天器在轨运行的三维可视化仿真教材
本科生科研训练计划项目（SRTP）项目成果项目名称：航天器在轨运行的三维可视化仿真 项目负责人：林凡庆 项目合作者：曲大铭侯天翔杨唤晨孙洁 所在学院：空间科学与物理学院 专业年级：空间科学与技术2013级 山东大学（威海） 大学生科技创新中心
航天器在轨运行的三维可视化仿真 空间科学与物理学院空间科学与技术专业林凡庆 指导教师许国昌杜玉军摘要：航天器在轨运行的三维可视化程序设计是建立卫星仿真系统最基础的工作。航天器在轨运行的三维可视化仿真有着重要的意义：它既可以使用户对卫星在轨运行情况形成生动直观、全面具体的视觉印象，又可以大大简化卫星轨道的设计过程。本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。我们的主要成果是实现了卫星在轨运行的三维可视化仿真并对原有程序进行了改进。 关键词：航天器在轨运行三维可视化程序设计 OpenGL Abstract：The programmer of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting is the utmost foundational work in establishing satellite emulation system. The three-dimensional visual simulation on satellite is of great significance: it assures that users may receive a vivid and direct-viewing and it also can greatly simplify the design process of satellite orbit.The basic frame of three-dimensional visual simulation program on satellite in-orbiting has been set up firstly. then, related essential theory and knowledge such as time system, coordinate conversation, satellite orbit, OpenGL and etc also has been introduced. Lastly, our main work and research results has been introduced. Our main achievement is that we realized the program of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting and we improve the original program. Key words：satellite In-orbit movement 3D visualization programming OpenGL 一、引言 当今社会是一个信息的社会，谁掌握了信息的主动权，就意味着掌握了整个世界。而人造卫星是当今人们准确、实时、全面的获取信息的重要手段，卫星的各项应用已经成为信息社会发展的强大动力。而人造卫星的应用是一项高投入、高风险、长周期的活动，仿真技术由于具有可控制、可重复、经济、安全、高效的特点，在人造卫星应用领域以至整个航天领域都起到了重大的作用。目前国际上较常用的卫星仿真软件主要有美国的Winorbit、美国Cybercom System公司研制的CPLAN和AGI公司的STK。其中以STK功能最为强大，界面最为友好，在卫星仿真领域占有绝对领先地位。STK功能虽然强大，但其价格昂贵，源码也不公开，无法自主扩展，并且该软件被限制了对中国的销售，所以中国不得不独立开发适于自己的卫星仿真系统[1]。而且国内目前卫星系统的仿真软件很少，主要有一些大学开发的小型的卫星系统仿真软件，还有北京航天慧海系统仿真科技有限公司开发的Vpp-STK航天卫星仿真开发平台V4.0。总体来说，国内目前在这个方面的技术还相当不成熟，因此研究和自主开发卫星仿真系统意义重大。 仿真可视化，就是把仿真中的数字信息变为直观的，以图形图像形式表示的，随时间和空间变化的仿真过程呈现在研究人员面前，使研究人员能够知道系统中变量之间、变量与参数之间、变量与外部环境之间的关系，直接获得系统的静态和动态特征[2]。 本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。
基于LOD的三维地形可视化
基于LOD的三维地形可视化 摘要本文根据实测地形高程差数据，运用可视化技术中的LOD建模方法绘制具有真实感的三维地形。关键词科学计算可 视化；LOD建模；四叉树 1 引言虚拟现实技术是二十世纪末才兴起 的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，并且可以逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、触觉及运动等行为的人机交互技术，其应用领域和交叉领域非常广泛。然而考虑到虚拟现实和交互式可视化等交互式图形应用系统 要求图形生成速度达到实时，而计算机所提供的计算能力往往不能满足复杂三维场景 的实时绘制要求，因而研究人员从软件着手提出多种图形生成加速方法，而 LOD模型就是在虚拟现实技术中经常被采用的一种加 快图形生成速度的主要方法。本文就是利用LOD模型在计算机上精确的重构了地理信息，
实现具有真实感的三维地形。 2 LOD技术概况在运用虚拟现实技术对大规模场景进行绘制时，常见的做法是用大量的三角面片来描述场景中的几何模型，随着描述场景的三角形面片的数目的增多，所绘制的图像质量会越来越高，但是绘制速度也会变得越来越慢，有时甚至会因为绘制的场景过于复杂而出现场景漫游不流畅，画面跳变等现象，这些现象都会严重影响实时绘制的效果。为了解决这一问题，从20世纪90年代初开始，研究人员就在这方面展开了大量工作，而多层次细节模型技术就是在这样的情况下提出并发展起来的。 LOD的基本原理 LOD技术作为虚拟现实技术中的图形生成加速方法，其基本原理是：在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复 杂性利用四叉树这种数据结构方式对原来 的网格数据进行重新划分和组合。网格地形的四叉树分层 在利用四叉树方法进行LOD建模的过程中，其关键就在于怎样对原有的网格数据进
数学建模中计算机模拟运用方法研究
数学建模中计算机模拟运用方法研究 摘要：通过对实际问题的非线性、离散、连续三种类型的数学建模解决问题的分析与研究，给出了利用计算机模拟实验验证数学建模有效性的方法，从而使数学建模在解决实际问题中得到更有效的应用。 关键词：计算机模拟；数学建模；技术运用；研究分析 在现阶段信息技术发展的过程中，人们可以利用数学模型方法的设计解决现实中的实际问题，通过对现阶段计算机模拟在数学建模中的运用分析可以发现，其技术形式取得了较大的成就。通过数学与计算机技术的稳定结合，可以实现数学技术的稳定构建，因此，在计算机技术快速发展的今天，计算机及数学建模逐渐成为技术运用中较为重要的途径。通过对实际问题的构建，可以通过计算机模拟技术对于较难解决、而又重要的问题进行系统性的分析。在计算机运用的过程中，不仅可以使问题求解体现出方便、快捷以及精准性的特点，而且也可以使实际问题得到充分性的解决。通过计算机模拟或是计算机程序模拟运用中可以解决实际的问题，并在建立数学、逻辑等模型设计的基础上，可以通过计算机实验对系统资源进行科学化的规定，从而为计算机模拟与数学模型的构建提供稳定支持。 1、计算机模拟及数学建模的概述分析 1.1、计算机模拟 计算机模拟是利用计算机对一个系统使用过程所建立的模型，通过该模型的运用可以进行实验项目的设计。并通过对该系统行为的控制分析，对不同的数据资源进行评估。对于计算机模拟系统而言，其主要是将系统分析以及运筹学作为基础，所模拟的对象以及用途相对广泛，在模拟中可以实现从简单到复杂、从一个变量到多个变量的变化，在交通、经济、生活以及医疗等管理中均得到了广泛性的运用。 1.2、数学建模 对于数学建模而言，主要是运用数学模型解决相关问题，也就是在一组备选数据分析的过程中，选择合理性的数据资源。在现阶段数学模型构建的过程中，其中的空间作为主要的内容，在空间相对应位置设计的基础上，结合了限制条件的保护机制，所选择的模型分为线性以及非线性两种，其中的线性模型以及非线性模型是由变量的阶层所决定的[1]。 2、计算机模拟在数学建模中所解决的问题 第一，对于一些难以在计算环境中进行实验以及观察的数学建模而言，只能运用计算机进行模拟，例如，太空飞行中的数据研究。
三维可视化防真系统
1.1三维可视化仿真系统 当前地理信息系统技术仍以二维信息为主，比较而言，三维地理信息系统技术可以使信息的表现更真实、丰富、具体，而下一代GIS技术的一个主要特点也是支持“数字地球”或“数字城市”概念的实现，从二维向三维发展，从静态数据处理向动态发展，具有时序数据处理能力，因此三维地理信息系统技术与无线通信技术的结合将是未来地理信息技术发展的必然趋势，也将成为未来数字城市建设技术的必然选择。 三维GIS是模拟、表示、管理、分析客观世界中的三维空间实体及其相关信息的计算机系统，能为管理和决策提供更加直接和真实的目标和研究对象。三维GIS是二维GIS技术的延伸和扩展。 基于三维地理信息系统技术，能够实现城市地质灾害相关数据的的数字化、网络化及动态可视化，同时也可作为一个供地质灾害管理预测分析辅助的强大应用平台。 1.1.1电子沙盘框架建设 电子沙盘框架建设基于国际先进的SkyLine三维展示平台，利用DEM与DOM建立大场景的三维模型，实现整个地图大场景的描述，同时集成地质灾害相关信息，实现大场景的立体信息集成和展示，为使用者提供更为丰富的综合信息。 Skyline是一个领先的三维地理信息系统平台，用一个强大的界面，可以把不同的地理数据联系起来，并且可以把它们快速的分发到各个用户。沙盘框架逻辑如下：
1.1.1.1 架构模式 三维可视化仿真系统采用当今社会最流行也最实用的B\S架构，此架构降低了最终用户的维护和升级成本。 服务器端的配置：TerraExplorer Pro + TerraGate + internet License。 客户端的配置：TerraExplorer Viewer + IE6.0或以上。 开发环境：开发工具(Microsoft Visual Studio .NET 2003/2005 C#) + 客户端脚本语言（javascript/jscript）+ 编辑工具(UltraEdit/Editplus)。 Skyline软件体系结构如下图所示： 图错误！文档中没有指定样式的文字。-1 Skyline软件体系结构图总的架构来分，Skyline分为三个模块。 数据合成模块TerraBuilder家族,它分为三个级别:单机版（TerraBuilder）、企业版（TerraBuilder Enterprise）、直连（DirectConnect）。他们三个之间的区别
《教育研究方法》模拟试卷
《教育研究方法》模拟试卷（A） 一、简答题：（每题10分，共40分） 1、谈谈定性研究与定量研究的区别。 1、着眼不同。定量研究着重失误量的方面；定性研究着重事物质方面。? ?? 2、在研究中所处的层次不同。定量研究室为了更准确地定性? ?? 3、依据不同。定量研究依据的主要是调查得到的现实资料数据，定性研究的依据则是大量历史事实和生活经验材料 4、手段不同。定量研究主要运用经验测量、统计分析和建立模型等方法；定性研究则主要运用逻辑推理、历史比较等方法??? 5、科学基础不同。定量研究室以概率论、社会统计学等为基础，而定性研究则以逻辑学、历史学为基础。? ?? 6、结论表述形式不同。定量研究主要以数据、模式、图形等来表达；定性研究结论多以文字描述为主。定性研究室定量研究的基础，是它的指南，但只有同时运用定量研究，才能在精确定量的根据夏准确定性。 2、如何下操作性定义？试给“智力”下一操作性定义。 1、给变量下操作性定义要注意以下几点： 首先，对研究课题中重要的变量要下操作性定义，如研究假设中涉及的变量、在整个研究中起关键作用的新概念、新名词等。其次，应根据研究目的、内容以及变量的性质来下操作性定义。操作性定义要与变量的原意相符，要与抽象性定义的内涵和外延相符。再次，
操作性定义的设计要具体、明确。所提示的测量或操作必须具有可行性，要使别人能理解操作内容和过程并能重复验证。操作性定义的指标成分应分解到能直接观测为止。最后，操作性定义在使用过程中应该是独特的，它是研究者为了研究需要而规定的特殊解释，并非是对变量的全面的、唯一的解释。 可以从什么是操作性定义，下操作性定义应注意的方面出发思考“智力”的定义 2、智力：用智力量表测量所得的分数。 3、问卷调查具有哪些优缺点？ 1、问卷调查的优点有： （1）是一种流行的研究形式，省时省力较经济（2）能迅速收集有关信息，便于统计处理（3）调查内容广泛，样本较大（4）问卷调查灵活性和通用性，简单易行，方便实用（5）资料便于整理归类，结论比较客观 2、问卷调查的缺点有： （1）结果的真实性和可靠性问题，真假难辨（2）难以评估因果关系，需要其他方法的配合（3）威胁和敏感问题，问题难以客观化（4）问卷调查对于问卷编制的要求高、难度较大（5）只能得到表面的东西，难以深入本质（6）很容易做出一个结果错误或无价值的调查（7）问卷调查的成功取决于被调查者的配合 4、写出一个单组前后测设计的实验模式，说说优缺点。 1．基本模式： O 1 X O 2 2．特征：(1)只有一个被试组且不是随机选择，无控制组；(2)仅一次实验处理；(3)有前
《地形模型的三维可视化》程序设计
《地形模型的三维可视化》程序设计 一、题目 请用OpenGL图形库，编制程序实现地形模型的三维可视化，并进行地形模型的纹理设置，并可以通过键盘进行交互操作（移动和旋转）。 （注：给定的地形模型数据是已经建好的不规则三角网。） 二、提交资料 1．程序的详细步骤和所有相关数据； 步骤：①录入三角形数据 ②获得地形的范围 ③绘制三角网 ④设置纹理坐标 ⑤计算参考点的位置 ⑥移动 相关数据文件：数据文件DHS.dat 三角网文件DHS.tri 图片文件TERRAIN.BMP 2. 程序清单(包括程序说明)； #include "stdafx.h" #include
}POINTXYZ; //三角形结构定义 typedef struct { long id; //三角形号 long p[3]; //三角形三个顶点的序号 long xl[3]; //拓扑关系 }TRIANGLE; //顶点变量 POINTXYZ *pPt; //三角形变量 TRIANGLE *pTri; //顶点总数 int iTotalNum; //三角形总数 int iTotalTriNum; //外围结构 typedef struct vrtagBOX { double minx; double miny; double minz; double maxx; double maxy; double maxz; }vrBOX; //外围结构 vrBOX _box; unsigned int m_nID; //存储纹理的索引号 int m_nWidth; //纹理图片的宽度 int m_nHeight; //纹理图片的高度 float (*_ptexture)[2]; //存储三角网的纹理数据 //视点参考点的偏移量 double lookx, looky, lookz; //移动的速度 float _speed; //垂直方向视点和所要看实体的间的距离