全球空间数据剖分模型分析

随着数字地球发展,全球空间信息多尺度表达和管理使得传统平面格网系统的局限性越来越明显,建立全球数据多尺度剖分模型已成为国内外学者关注的热点。该文介绍并分析全球剖分系统,根据剖分单元的形状和最终投影曲面的性质对球面剖分系统进行分类。总结出球面剖分系统具有连续性、稳定性、层次性和近似均匀性等优点,既有效避免了传统平面格网表达全球数据时存在的数据冗余问题,又克服了不规则球面剖分系统无法进行层次关联的缺陷,在管理全球、多层次和海量的空间数据时具有优势。

基于波前法的球面三角剖分算法

鉴于现有球面三角剖分算法不能同时兼顾算法简单有效、剖分单元变形小和网格信息易于管理等特性,基于波前法层层推进原理,提出一种非层次递归剖分的球面三角剖分算法。并针对相邻波前剖分段数相等,其剖分单元几何变形比较大的情况,提出了网格优化方案。通过与QTM(quaternary triangular mesh)算法比较,从剖分网格质量与剖分单元数两方面,分析了该算法球面三角网格的性能。分析结果表明:剖分所得的网格几何变形小、相似程度高、剖分单元数少,该剖分算法是一种有效的高精度球面三角剖分算法。

基于球面QTM的海平面上升淹没模拟系统

针对海平面上升后淹没范围的动态模拟问题,研究了面向大场景三维可视化的数据组织与调度、顾及球面四元三角网(Quaternary Triangular Mesh,QTM)邻近关系的淹没范围模拟等关键技术问题;应用Visual C#3.0开发语言和Microsoft Direct X 9三维图形开发包从底层设计开发了基于球面QTM的海平面上升淹没动态模拟系统,介绍了系统的总体架构和主要功能,以天津市滨海新区为试验区域,对给定上升水位的淹没范围进行动态模拟。实验结果表明:该系统可以为海平面上升后沿海区域的淹没灾害预警提供有效的支持。

球体散射场计算前置处理中的球面剖分算法

基于球体电磁散射计算,提出了一种新型高精度球面剖分算法——球面三角自适应剖分算法。通过阐述新算法的基本思想、步骤和特点,从几何变形、收敛性和剖分单元数等三个方面,对该算法剖分模型与QTM模型进行了形状特性和剖分复杂度的定量比较分析;针对球体散射计算实例,验证了新算法的正确性与有效性。结果表明:相对于QTM模型,新算法剖分模型的几何变形小、相似程度高、所需剖分单元少,并且具有较高的计算精度。

基于QTM格网的球面对称正交小波构建与多分辨率表达

全球离散格网可以实现全球空间数据的无缝管理,却不易进行球面局部数据的多分辨率自适应表达与描述。针对上述问题,该文在基于球内接正八面体的全球离散格网框架基础上,引入球面流形概念,将平面小波在球面上重新定义,构建了具有多分辨分析、局部紧支撑特性的球面离散对称正交小波,可以兼顾数据压缩和球面局部数据的多分辨率自适应表达。最后在Matlab平台上进行了相关实验分析,验证了相关方法的正确性与可行性。

基于多层次QTM的球面Voronoi图生成算法

随着格网层次的增大,基于全球离散格网的球面Voronoi图生成算法的格网数据量与Voronoi图生成时间都呈指数增长,在高层次时容易出现算法效率较低,甚至内存溢出无法执行等情况。利用球面四元三角格网的层次性,提出了一个基于多层次QTM的球面Voronoi图生成算法。首先用全球低层次QTM格网生成Voronoi图,然后对Voronoi边界格网进行再次剖分,得到下一层次的Voronoi图,重复进行,直至达到目标层次。实验结果表明,相对于单一层次的确定归属算法和扩张算法,该算法能够生成更高层次的Voronoi图,且效率较前两者分别提高了22倍和25倍(第9层)。

QTM格网空间中的球面Voronoi图并行生成算法

根据球面四元三角网(quaternary triangular mesh,QTM)的离散特征及图形处理器(graphics processing unit,GPU)的多线程原理,用距离的计算与比较代替传统的扩张操作,提出了一种基于QTM的球面Voronoi图并行生成算法,并给出了Voronoi边界提取算法。利用C++语言及统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)开发了实验系统。实验结果表明,本文算法能够在球面上快速生成点、线、面数据集的Voronoi图,且能够将Voronoi误差控制在两个格网以内。同时,GPU并行计算的使用,提高了算法的效率。