基于LOD的三维地形可视化
基于Cesium的多尺度城市三维建筑模型可视化
第35卷第3期2021年3月北京测绘Beijing Surveying and MappingVol.35No.3March2021引文格式：陈浩，艾廷华.基于Cesium的多尺度城市三维建筑模型可视化北京测绘，2021,35(3)312316. DOI：10.19580/ki.1007-3000.2021.03.006基于Cesium的多尺度城市三维建筑模型可视化陈浩艾廷华(武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉430079)［摘要］城市空间信息平台的建设既要考虑宏观上的大区域空间格局分析，也要有微观层上的细节化信息分析，因此产生多尺度空间表达的需要。
三维空间数据的多尺度表达,不同于二维数据,不仅要顾及输入数据的粒度特征,还要顾及可视化渲染软件平台的技术特征。
鉴于Cesium成为三维空间数据可视化表达的重要平台，本研究基于Cesium系统平台及其三维可视化空间数据渲染基础功能，提出一种城市建筑物三维地图综合及多尺度可视化的方法，基于空间邻近、形状细节特征构建多层次二维数据基础，然后在多分辨率三维视觉感知条件下，实现三维建筑物的多粒度可视化渲染。
［关键词］三维建筑模型；三维制图综合；Cesium［中图分类号］P208［文献标识码］A 0引言随着我国城市化进程不断推进，交通拥堵、环境恶化、公共基础设施分布不均衡等一系列社会问题日益严峻。
为解决这些城市化问题，智慧城市在云计算、物联网技术、传感器技术的发展下逐步形成，这些互联网技术领域的支撑技术为智慧城市的建设提供了硬件条件,但要更好地发挥其在城市规划、建设、管理上的智慧功能，还需要城市空间数据支持，作为信息系统运行的“血液”，城市空间数据应满足多尺度表达的需要，既要考虑宏观上的大区域空间格局分析，也有微观层上的细节化信息分析。
同时，为服务城市竖向规划、多视角景观分析及全方位的空间体验，智慧城市的空间数据表达应当为多维特征。
在智慧城市的建设当中，三维地图作为表达、传输和研究地理信息的方式和载体［1］,是所有智慧城市管理的基础，更是关键环节。
三维数字城市建模精度与制作标准研究
三维数字城市建模精度与制作标准研究城市是区域经济、政治和文化中心，是现代产业高度集聚的地区和国民¾-济持续发展的载体，创造和集聚着国家巨大的物质财富，在我国¾-济社会发展中起着主导和带动作用。
“数字城市”是物质城市以二进制形式在计算机中的再现和反映，是以信息技术（尤其是地理信息技术）为核心、以网络技术为支撑的城市信息管理与服务体系，“数字城市”的建设任务就是利用现代高科技手段，充分收集、整合、挖掘城市各种信息资源，建立面向政府、企业、社区的信息平台、应用系统以及政策法规保障体系。
本文结合项目实际，探讨了三维数字城市工程建设中的模型建造的精度和标准问题。
三维城市模型（3DCM）是对真实城市的三维数字化表现，它突破传统平面地图的限制，通过对地形、地物的数字化三维模拟，提供给使用者一个与真实生活环境类似的虚拟城市环境，通过对三维虚拟城市的数字化管理，可为城市规划、建设与运营提供可持续发展的信息化服务，从而提高城市空间信息共享和利用水平，提升城市整体信息化管理水平。
当前，三维“数字城市”的研究与实践已¾-十分广泛，武汉市三维数字地图旨在搭建武汉市三维数字模型数据库，并建立三维数据的更新与维护机制，在此基础上，建成服务于城市规划设计与审批、城市建设和运营管理的空间信息平台。
一、三维城市模型制作精度三维城市模型是建设三维数字城市的基础和载体。
三维模型的制作精度直接影响可视化表现效果，模型制作越精细，场景表现效果越逼真。
但是，高精度的三维空间数据不仅会严重影响系统速度，同时也增加了模型建造成本，延缓了模型生产进度，因此，确定三维模型的制作精度，是项目初期就要考虑的问题。
三维模型的制作精度应满足软件系统的功能需求，因此，模型的建造应立足于应用；同时考虑到后期功能扩充和技术发展趋势，还应留有升级的余地。
综合考虑各种因素，武汉市三维数字地图项目的模型建设确立了以下原则：1、根据系统需求划分不同的LOD模型三维城市模型应分为多个级别进行建造，不同级别对应不同的简化程度和不同的应用领域。
地质信息三维可视化技术考核试卷
B. PDF
C. STL
D. DOC
13.三维可视化技术在地质灾害防治中的应用主要包括？（）
A.地质灾害预警
B.地质灾害治理
C.地质灾害评估
D.地质灾害监测
14.在地质信息三维可视化中，以下哪种方法可用于提高数据渲染效率？（）
A. LOD技术
B.着色器技术
C.反走样技术
D.光线追踪技术
15.以下哪种技术可用于地质信息三维可视化中的交互式分析？（）
A.鼠标键盘
B.触摸屏
C.虚拟手套
D.声控技术
12.以下哪些方法可用于地质信息三维可视化中的数据挖掘？（）
A.统计分析
B.机器学习
C.深度学习
D.数据可视化
13.地质信息三维可视化在资源管理方面的应用包括以下哪些？（）
A.矿产资源评估
B.水资源管理
C.土地利用规划
D.环境监测
14.以下哪些是三维地质模型的数据结构？（）
C.线性插值
D.双线性插值
（以下为其他题型，本题仅要求完成单项选择题部分）
二、多选题（本题共20小题，每小题1.5分，共30分，在每小题给出的四个选项中，至少有一项是符合题目要求的）
1.地质信息三维可视化技术的应用包括以下哪些方面？（）
A.矿产资源勘探
B.城市规划
C.环境保护
D.医学成像
2.以下哪些是地质信息三维可视化的重要数据来源？（）
标准答案
一、单项选择题
1. D
2. C
3. D
4. D
5. C
6. A
7. D
8. A
9. A
10. A
11. D
12. A
基于ArcScene的三维地形可视化及其应用
基于ArcScene的三维地形可视化及其应用肖海红（神华（北京）遥感勘查有限责任公司北京 100085）【摘要】三维地形可视化是目前众多领域的研究热点，可广泛应用于山地、丘陵、沙漠等领域的各种工程规划和优化设计。
本文主要介绍了基于ArcScene平台的地形三维可视化的技术流程和三维动画制作方法。
以北京市房山区大安山地区为例，论述了三维地形场景在北京市矿产资源开发状况遥感动态监测和调查项目中的应用和作用。
【关键词】三维地形可视化DEM TIN 三维动画1 引言三维地形可视化技术是指在计算机上对数字地形模型中的地形数据进行逼真的三维显示、模拟仿真、简化、多分辨率表达和网络传输等内容的一种技术[1]，它可用直观、可视、形象、多时角、多层次的方法，快速逼真的模拟出三维地形的二维图像，使地形模型和用户有很好的交互性，使用户有身临其境的感觉。
三维地形逼真模拟在地形漫游、土地规划、三维地理信息系统等众多领域都有着广泛的应用[2]。
结合项目的实际需求，我们制作了北京市密云县潮白河中上游区和房山区大安山两地区的三维地形场景，并按照一定比例尺和飞行路线生成了研究区域的虚拟三维影像动画，对项目的深入研究和完善都起到了重要作用。
2 项目介绍北京市矿产资源开发状况遥感动态监测项目，是北京市国土资源局委托我公司充分应用遥感技术、地理信息技术和全球定位技术搭建可视化平台，对北京市密云县潮白河中上游区砂石开采现状、房山区大安山地区煤矿开采现状，及其对矿山环境的影响，进行试点调查和监测。
其目的在全市范围内进行推广，以矿产资源的非法开采和矿山环境严重破坏现象监测为主题，采用形象的图形图像语言和简便的计算机表达方式，为北京市国土资源局及其相关处室进行矿产资源的开发和管理，提供科学依据。
本项目的主要研究方法：（1）收集2004 年10月、2005年10月、2006年4月和2006年11月的不同时相、不同种类和不同比例尺的遥感图像，包括法国高分辨率SPOT5卫星数据、美国高分辨率QuickBird数据、IKONOS数据以及航空遥感数据。
基于四叉树的视点相关LOD地形仿真算法研究
基于四叉树的视点相关LOD地形仿真算法研究雷军环;曾凡喜;吴名星【摘要】针对大地形的实时显示问题,研究了基于四叉树的视点相关LOD地形算法,提出了基于最小二乘法的粗糙度求取算法,并在此基础上建立了有效的基于块的节点简化准则,通过该准则提出了消除T型裂缝、解决地形突起现象的方法,实现了精简网格而必要的细节没有损失.仿真实验证明该方法能够能够流畅连贯的实现大地形的实时绘制.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2010(032)008【总页数】5页(P211-214,228)【关键词】LOD;地形绘制;四叉树【作者】雷军环;曾凡喜;吴名星【作者单位】长沙民政学院,计算机系,长沙,410004;中南大学,计算机与科学系,长沙,410007;空军工程大学,理学院,西安,710061;长沙民政学院,计算机系,长沙,410004【正文语种】中文【中图分类】TP3910 引言当要求可视化的地形过大，那么同时处理的信息量就比较大，怎样实现精简网格数据而又不影响显示质量，实现对大规模地形实时显示也是一个难点问题。
细节层次模型(Level of Detail)等技术的应用便成为解决这一难题的有效技术途径层次。
细节(LOD)技术[1]是一种符合人的视觉特性的技术。
采用LOD技术来绘制地形，在不降低表现效果的前提下，可以尽量减少三角形的数目，大大提高图形绘制效率，实现地形的实时交互可视化。
近十几年来，国内外大批学者致力于LOD地形模型的研究，促进了LOD地形模型的发展，Lindstrom等人于1996年提出了基于四叉树连续细节层次模型(Continuous Level of Detail)的构建算法[2]，是基于规则格网类的具有代表性的研究成果之一。
Duchaineau等人于1997年提出的自适应优化网格算法(Real-time Optimally Adapting Meshes)是另一种有显著影响的算法[3]。
基于四叉树孤立分割和屏幕误差的地形LOD算法
基于四叉树孤立分割和屏幕误差的地形LOD算法
张俊峰;姚志宏
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】2013(048)004
【摘要】为解决静态和动态细节层次模型存在的数据冗余度大、精度判断标准单一和层次切换跳跃感强的问题,提出了基于四叉树孤立分割和屏幕误差的地形LOD(level of detail)算法.采用该算法,针对于规则格网,通过地形瓦片分割和数据预处理减少实时阶段计算量,利用四叉树孤立分割消除结点间依赖关系,并构建保守性屏幕误差评价标准以弱化视觉跳跃感,最后采用添加拆分点和高程平均值法消除相邻瓦片和结点间裂隙.实验结果表明:该算法能较好解决常规方法中存在的问题；可满足大规模地形实时三维显示的要求；实时显示计算量小,帧速可保持在0.03 s以内.
【总页数】7页(P666-671,677)
【作者】张俊峰;姚志宏
【作者单位】华北水利水电学院资源与环境学院,河南郑州450011;华北水利水电学院资源与环境学院,河南郑州450011
【正文语种】中文
【中图分类】P208
【相关文献】
1.基于四叉树分割的地形LOD技术综述 [J], 王振武;吕小华;韩晓辉
2.基于动态LOD四叉树算法的虚拟地形可视化 [J], 王玉琨;朱永丽
3.基于四叉树分割的连续LOD漫游地形绘制 [J], 吴颖;张新家;茹芬
4.一种基于四叉树的地形LOD改进算法 [J], 黄润琴
5.基于四叉树包围球和屏幕误差的LOD算法 [J], 王倩;高保禄;高锐军;阴桂梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于OpenGL的三维地形的模拟
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ＺＯＵ ｉ ＸＵ ｕｎ， Ｈａ ， Ｊ ＣＨＵ ｅ －ｃ ｉ Ｗ ｉ ｕ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｏ ｕ ｒＳｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ 。 ｎ ｕ ｎｖｒｉ － ｅｅ ２０ ３ ， ｈｎ ） Ｓ ｈｏ ｍｐ ｔ ｃ ｎ ｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙ Ａ ｈ ｉ ｉｅｓｙ Ｈ ｆｉ ３ ０ ９ Ｃ ｉａ ｏＣ ｅ ｅ ｏ Ｕ ｔ
（ 安徽 大学 计算机科学与技术学院， 安徽 合肥 ２０３ ） ３０９
摘 要： 三维 地形模 拟一 直是 虚拟 现实 、 地理信 息 系统 （ Ｉ） ＧＳ 等领 域 的研 究热 点 。提 出了一 种基 于不 同层 次 的多 边形 网格
模 型 的地形 生成算 法 ， 采用多 重纹 理映 射技术 ， 插值 对应 网格基 本 元 素 的位 置 实 现模 型 之 间 的平 滑过 渡 并 生成 地形 通过
Ａｂｔａｔ３ ｒ ｉ ｉ ｌ ｉｎｉ ａｗ ｙ ｏ ｐｃｉ ｅｇａｈｃｉｆｒ ｔ ｎｓｓ ｍ （Ｓ ，ｉｕ ｌｅｌｙａｄＳ ｎ Ａｎａ ｏｉ ｍ ｒ ｓ ｃ：Ｄ ｔ ｒ ｎｓ ａ ｏ ｓ ｌ ａ ｓ ｈ ｔｏ ｉ ｎｇｏ ｒｐ ｉ ｎｏｍａ ｏ ｙｔ ＧＩ ｖｒ ａ ｒａｉ ｎ Ｏｏ ． ｇ ｒｈ ｆ ｒ ｅ ａ ｍｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｅ Ｊ ｔ ｔ ｌ ｔ ｏ
，
网格模 型 ， 怎样建立不 同层次 细节 的模 型 以及 相邻 层
第4章 空间信息的三维表达
第一节 数字地形模型
数字地形模型（Digital Terrain model，即DTM）是各类三维地 表可视地形模型的重要组成部分，它以离散分布的平面来模拟 连续分布的地形。其关键技术是DEM（数字高程模型）的构建与 表达。DEM数据组织目前主要有两大类，即：基于规则格网和基 于不规则三角网。如下图
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实体法构模 So lid 法的实质是N etwo rk 与B lock的混合, 优点是能精 确表达较复杂地质结构和进行体积计算以及储量估算。三维 地学模拟中, 这几种方法在国外已有成功应用, 而国内应用尚 不多见。
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体视化技术 体视化技术, 是在吸收计算机图形学、图像处理和计算 机视觉等相关学科知识的基础上发展起来的一门研究体数据 的交叉学科。近10 年来, 体视化技术从概念、原理、方法到 硬件系统得到了全面发展,逐步形成了一套完整的技术。国外 将体视化技术应用于三维地学模拟的典型代表是L YNX 的三 维CM 技术。 三维地学模拟体视化技术的实质是以三维基元(体素) 来 描述整个物体,它包含物体内外的全部信息。对体数据显示有 两种基本方法: 基于表面重建的显示(Su rface-based Rendering ) 和基于体素的显示(Voxel-based Rendering ) 或直接体视( Direct Volumn Rendering) , 最终将都生成一个显示图像。
x - xa y – ya z- za xb – xa yb - ya zb – za = 0 xc – xa yc - ya zc - za
二 不规则格网建立方法
不规则格网（TIN三角形网）的建立，在国内外有大量文 献对TIN三角形的建立方法进行了研究，其中Delaunay 三角 形格网是其典型，其基本建立原则是： 1、唯一性，即不论从数据的哪个三角形开始扩展，最终 所得三角网的构成都是相同的，保证了成图一致性。 2、空圆性，即在任意一个三角形的外接圆范围内不会有 其他点位于其内并与其通视。 3、最大最小角特性, 即任意两个相邻的三角形组成的凸四 边形的对角线如果可互换且换的话, 那么两个三角形6 个内角 中最小的角度不会变大。该性质说明三角形具有最佳形状特 征。
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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
行四叉树分层。
本文所采用的四叉树分层方法是：从整个完整的地形出发，递归的把地形不断的分割成相等的四个区域，分割的深度越大，则得到的分辨率越高。
如图2所示是一个地形的四叉树表示，下图中每一个正方形为四叉树的一个节点。
每个节点保存了一定区域的信息，包括：经纬度，中心点的高度，边节点的高度等。
图2 在网格地形的四叉树分层过程中，我们还必须建立一个节点评价系统来决定哪一个节点需要被继
续进行分割，哪一个节点已经不需要再分割了。
这里我们采用两种评价标准，一个是基于视点的节点评价标准，另一个是基于曲率度量的评价标准。
对于基于视点的节点评价标准而言，其基本原理就是根据观察者的视点到节点的距离来判断节点是否要被继续
划分。
例如距离观察者近的地方细节越多，反之则越少。
我们可以利用公式：L/dn 来判定一个节点何时需要被继续分割，何时被直接丢弃。
其中L为节点的中心位置到视点的距离，d为节点的大小， n为一个可以调节的因子，n越大，细节越多。
反之则细节。