理论教育 水下地形测量:大场景数据组织与三维可视化

水下地形测量:大场景数据组织与三维可视化

更新时间:2025-09-11 理论教育 版权反馈
【摘要】:尽管目前计算机性能有了更大提升,但其内存容量、计算和绘制性能仍然有限,不能满足海底地形表达规模的快速增长,多波束数据的海量特性对海底DEM的构建及后续的三维可视化等都带来了一系列问题。因此,针对海底DEM构建的数据源的海量特点以及海底DEM三维可视化应用的大范围、精细化趋势,本节将从海底地形数据分层分块、动态调度策略、海底地形实时渲染以及海底底质三维可视化四个方面进行介绍。

海底地形三维可视化是研究海底数字高程模型(Seafloor Digital Elevation Model,SDEM)的存储、简化、显示与仿真等内容的一种三维实体构造技术。其目标是利用计算机图形图像处理技术实现计算机环境下海底地形的三维可视化浏览、查询、分析等一系列交互操作,并保证操作时系统的流畅性和视觉的逼真感。计算机硬件性能、地形规模及组织形式以及图形绘制流程等是决定可视化效果与效率的主要因素。

在实际应用中,大规模精细海底地形往往具有海量的地形数据,数据规模远远超出了计算机内存的存储极限,无法一次性将地形数据全部载入内存进行绘制。因此,必须对大规模海底地形数据进行分割,划分成若干规模较小的地形子块,在不影响地形绘制性能的前提下,根据绘制需要将数据动态地调入。这种将大规模地形数据切割并重新组织的方法,不仅降低了内存消耗,加快了I/O操作和CPU处理时间,而且还避免不必要的绘制开销,是决定整个场景绘制效率的重要步骤(艾波,2011)。(https://www.daowen.com)

现在的多波束测深系统能一次给出与航向垂直的垂面内几十个甚至上百个海底被测点的水深值,或者一条一定宽度的全覆盖水深条带,能精确快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化,能比较可靠地描绘出海底地形地貌特征。然而,多波束测深技术带来高精度、高空间分辨率和高时间分辨率的测深数据的同时,也导致了测深数据的数据量大增,呈现出海量数据特性。尽管目前计算机性能有了更大提升,但其内存容量、计算和绘制性能仍然有限,不能满足海底地形表达规模的快速增长,多波束数据的海量特性对海底DEM的构建及后续的三维可视化等都带来了一系列问题。因此,针对海底DEM构建的数据源的海量特点以及海底DEM三维可视化应用的大范围、精细化趋势,本节将从海底地形数据分层分块、动态调度策略、海底地形实时渲染以及海底底质三维可视化四个方面进行介绍。

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