毕业论文-三维显示.doc

第一章 概 述 随着我国信息技术与国民经济的发展，我国在工农业生产实践中产生了大量的数据即海量数据。数据量之大，用我们传统的手工与半自动方法是无法想象的。解决的方法是借助于计算机来对这些数据进行分析。这也就是为什么现在我们许多传统技术领域需要计算机的原因。到如今很多传统领域已发展到定量，而非仅从定性的阶段来研究问题。我们需要精确的计算，从数据的采集，存储，分析处理，到得出结果。为我们进行及时，正确的决策提供科学的有力的保障。我国的煤矿产业尤其如此。 煤矿工业的发展积累了丰富的地质数据，这些数据包含了丰富的地质信息。随着生产的进行，其中的某些信息又具有动态性。如何将这些信息有效的组织起来，对其进行空间分析与判断，使之更好的服务于煤矿生产，是一项极具意义的工作。具体到矿井，巷道：由于他们在地下的错综复杂性，产生了很多数据，这些数据如何组织，形象地显示出来，是否能被需要使用它的人及时获得是个不小的问题。传统的方法是将大大小小密如蛛网的巷道用大小比例尺不一的图纸绘出。结果是工作量大，精确度差，数据更新不及时，更新能力差，直观性不强，使用不便。要解决这些问题就涉及几项技术。包括：数据的存储——数据库技术，三维显示技术，拓扑关系模型的建立。 关于三维管线的软件产品已经出现一些，而煤矿巷道的三维产品还不太多。煤矿巷道的三维显示也是煤矿现代化的需要，目前一些关于巷道的三维显示是基于三维模型生成软件的，如3DMAX、AUTOCAD等。在这些软件之上建立的三维模型逼真度很好，但缺少灵活性，可编辑能力差，且不便脱离这些平台。基于具有开放式的OPENGL图形接口建立的三维显示系统却弥补了以上方法的一些缺陷。 1.1研究的意义 1.1.1三维显示发展的需要 最近几年计算机图形学的发展使得三维表现技术愈来愈完善，这些三维表现 技术使我们能够再现世界中的物体，能够用三维形体来表示复杂的信息。这点对于煤矿巷道的三维显示的应用尤为重要。三维图形可以使人们更加直观、形象地认识和了解地理信息，使之更好地服务于社会[1]。反之，生产、生活的需要又会促进三维显示技术的发展。目前有关实体模型的算法很多，有一些已经得到应用。一些软件公司已经把一些算法浓缩成了几何原型，如在Windows操作系统中所带的OpenGL（开放的图形库）它就是一种开放式的，适合于多种硬件平台及操作系统的工业标准的三维计算机图形接口软件。[2] 1.1.2煤矿现代化生产的需要 根据煤矿生产积累的地质数据，建立三维的巷道，实现巷道的全景显示、动态显示，实现地质数据库的快速更新，可以为矿上提供全新的三维动态显示系统、查询系统和决策系统，从而对未采区和采掘工作提供参考。也就是说，真三维的巷道可以为煤炭生产的决策提供有力保障。测量数据在采掘工程中始终起着重要的指导作用、而地下采掘工程是随着时间的延续逐步推进的，井下巷道图（包括平面图和立体图）自然要随着巷道的延伸逐步形成、由于井下巷道纵横交错，没有地面测量的通视性与直观性、因此，研究井下巷道的立体显示，三维拓扑关系，并建立一个合适的系统，是对采掘工作有益的辅助。[3] 1.1.3 GIS发展的需要 地理信息系统（Geographical Information System,简称GIS）是70年代出发展起来的一门新兴边缘学科，在组织空间数据以及进行空间数据分析上具有强大的功能[4-6]。早先的GIS来源于地图绘制，其空间信息一般只局限于平面信息，即这种GIS是2维的GIS。真正的3维GIS软件，其空间坐标（x,y,z）都参加图形的运算，它的数据采集、数据结构、拓扑关系、数据显示和空间分析都要比2维GIS复杂得多。正因为如此，当前GIS的研究成果和应用系统主要集中于描述2维空间信息，各项技术已较为成熟。2维的GIS在处理3维实体时一般将实际的3维实体采用2维的方式方法，所以具有很大的局限性，大量的多维空间信息无法得到利用[7]。 而数字地球要求对地球空间进行3维描述，使人类能够突破空间限制，共享地球空间的各种信息。为了适应数字地球的研究，需要将传统的2维GIS的研究成果拓展到3维空间，即进行3维GIS研究。为3维GIS构建3维空间数据模型，建立适合的数据结构已经成为图形学、计算机学、数学、地理学等相关学科普遍关注的问题。 与地球有关的空间信息种类多、信息量大、数据变化快，需要开发一种能方便、快速、精确地对空间信息进行存储、查询、分析和表示的工具，即利用先进的计算机技术建立地理信息系统。随着计算机系统和应用系统的不断发展，GIS得到了快速发展，使各种空间信息得到了有效地管理与利用，为我们描述空间信息提供了强有力的工具。 1.2国内外研究现状 1.2.1可视化研究(建议增加地学可视化geovisualization的相关