道路工程网络三维交互式可视化关键技术及应用

MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h摘要道路工程网络三维可视化技术是实现道路工程领域信息化、可视化的一项重要内容，在道路工程的应用可以贯穿设计、建设及运营的全生命周期，具有重要的研究意义。本文综合应用了道路路线设计、计算机网络技术、计算机图形学、网络地理信息系统等理论和方法，针对道路工程网络三维可视化中道路三维模型构建、网络框架总体设计、海量三维模型数据的调度与快速传输以及与网络地理信息系统的集成等难点问题进行了深入的研究。主要研究内容和成果如下：在分析和对比几种常用的计算机网络模型及体系结构的基础上，设计了适用于道路工程网络三维可视化需求的基于HTTP协议的B/S模式三层网络框架。采用几何三维模型构建技术，快速高效地实现了组成道路三维场景各要素模型的构建，为道路工程网络三维可视化提供了模型基础。提出并实现了一种面向海量模型数据网络快速传输的多分辨率简化算法，在服务器端将原始三维模型分解为最粗糙模型和一系列细节层次记录，并且最粗糙模型在客户端具有自动恢复到原始模型的能力。结合离散化处理、数据缓存、数据压缩等技术进一步提高了海量模型数据的传输速度。研究了基于较高性能GPU的客户端三维模型快速绘制方法，运用显示列表、VBO等技术提高了复杂道路三维场景在客户端绘制效率，分析讨论了GPU可编程技术在道路工程网络三维可视化中的应用前景。提出了一种基于MapXtreme和Ajax技术的道路工程网络地理信息系统构建方法，重点研究了道路工程网络三维可视化系统与之集成和通信的机制，并实现了在B/S模式的客户端三维交互式场景和二维电子地图中，针对道路设计和建设信息的远程快速查询。综合运用以上所述方法和技术，在导师的指导和其他同学的协助下，采用J2EE、Jogl等开发工具，结合Web3D与WebGIS技术开发了基于B/S架构的高速公路建设信息可视化查询平台，并将该平台应用于高速公路建设管理中，实践证明了本文所述关于道路三维网络可视化的理论和方法的正确性。关键词：道路，三维网络可视化，模型简化与调度，Jogl，WebGIS目录蝴第一小章捏绪征论往6锯1.答1能引言哲6扬1.逐2皱研究假目的而及意扒义敢7哨1.牙3田国内竖外研轻究现葛状答7品1.少3.枪1舌道路界三维姨建模朽7像1.宇3.难2徐道路煎模型帆视相菜关简朴化抄8德1.夕3.罩3如网络创框架凉总体忽设计匹9缠1.偏3.规4威客户绪端渲筝染引泰擎侮10该1.品4茧主要括研究欺内容顷13漫1.宣5炒论文葵结构述14微第二途章某网络潜框架竟总体埋设计赵17蓬2.挠1归概述毒17偷2.抢2援计算润机网急络模穿型与困协议炒17村2.嫂2.垦1坚OS慰I税模型密17谱2.悔2.超2蓬TC六P/氧IP泊协议竟18埋2.页2.制3柴HT维TP备协议振19毅2.缠3导计算版机网钟络体鸦系结部构嗓19微2.攻3.扛1忙Cl苗ie是nt共/S厨er堆ve绞r素结构斑20格2.魂3.色2酱Br吉ow醒se妖r/淹Se仔r晋ve五r就结构咽20钞2.属3.挠3痛C/见S映与劝B/搁S坡结构膏比较妄21都2.允4册系统筋开发睛环境叼选型诉22值2.乌4.仪1旷客户回端趴22粥2.旗4.遥2胸服务店器端毁23访2.峰4.犯3崇数据兔库鉴24恰2.懒4长整体予框架交和功羞能逻共辑设垒计吐26跳2.看5睡本章巾小结灶27仙第三或章辅道路聋三维担建模以28返3.蹈1格三维乐模型餐的构较建方触法同[3屡0袖～舅33患]锡28道3.挥1.鬼2飘概述健28险3.棕1.孔2刻路线弹场肥景三晕维模归型总甘体构乌建方关法燕31贯3.纺2饺地形蛋三维久模型萝32挡3.亿2.挑1合地形切三维蛙模型树概述剧32灿3.脑2.筐2气约束迁De猫la碌un督ay柔三角蜘网模雷型的圆快速乡构建聋33建3.智3湿道路婆三维失模型亩34粪3.亮3.纲1惨三角严网模哲型沫34办3.钱3.已2漂孔斯屯模型螺35捷3.芬3.匠3洁道路则三维牧模型滨构建席37枝第四弟章崇网络闭环境肿下模赌型数俗据的畏调度哨与传冷输禽38地4.牛1哥概述高38紫4.溉2键模型脱多分河辨率绑简化塌算法雅38率4.恶2.票1攻常用歉的地璃形三采维模瓣型简寇化技驶术划38抽4.铺2.括2梨多分鹅辨率饮网格途基本启原理真40葬4.紧2.是3燕半边描折叠消41跑4.俭2.够4薄顶点词分裂热44下4.锋3婆模型斤的离砖散化钥处理霞45耻4.自3.粪1药地形缎三维为模型准的离世散化斯处理犹46冷4.威3.柳2划道路亭模型旧的离判散化菊处理情47毙4.慢4电数据懂调度里与传疼输优直化策峰略底49洞4.垮4.殿1书数据材缓存伪设计锁49撑4.劣4.躬2榜数据反压缩桐传输语50点4.偏4.抄3水客户志端多偶线程泽52灰4.演4盲三维沸模型轻总体框调度大流程斩53谦第五惑章接客户欧端三于维模云型快幕速绘缠制技薄术研被究猾55怜5.架1薄概述语55磁5.需1悟可视针范围涨撷取冠55共5.抢2碎显示遮列表丰56烈5.片3重VB较O烟顶点延缓存查58波5.蜡4闷GP犁U慧直接迫编程隆技术沿59翅5.辉4.俩1冲GP季U听计算浑特性版59黄5.穴4.痕2铸基于赤GP习U粗的通乓用计剩算手60眠第六午章景We耕b3樱D赌与牢We仪bG梳IS窜技术素集成毫63脉6.康1慰概述嫩63霉6.许2哲基于尾Ma枪pX棉tr敌em载e扇的胳We仇bG便IS推平台咳构建神65顽6.踪2.垫1桑Ma赶pX畅tr陡em云e慨简介旁65溪6.半2.烘2缺基于风Ma拖pX谊tr脉em万e汤的道碗路挂We除bG颤IS膏构建报66彩6.手3雾基于滴Ma欣pX话tr酷em颈e变的谢We使bG的IS俊平台瞒改进努和优央化龟68岁6.榨3.旨1女Aj谊ax桶技术傅简介膜68寸6.轨3.套2即运用枯Aj挥ax货改进克Ma逐pX留tr音em击e补69闲6.蜓3.起3爹We提bG鞋IS验服务伏器端岂的性骄能优登化示71燕6.突4烂We蜓bG坛IS瑞与纸We形b3黑D周的集撇成及财双向苏查询法机制曾的建捧立势73灰第七遵章酬系统衔开发漠及应冻用实疲例嗽76遵7.复1墓概述疯76到7.售2科系统课概况命76掩7.今2.却1币系统冠开发屋环境含76漏7.唱2.浑2摇运行防环境惭77眼7.喊3沾系统因界面易77筒7.晕4乳系统差模块裹80肃第八宝章京结论崖与展岔望槐83臣8.堡1举结论居83籍8.辨2浇展望蒸84烈参考梳文献貌85帆致谢较88株攻读绘硕士妻期间泉发表莲的论限文及组科研个情况差89熟第一孙章绞绪篇论描1.鹿1引祥言雅科学柳计算孝可视拾化是活发达足国家诉在8佣0年亿代后短期提认出并平发展盗起来含的一珠个新时的研暴究领剃域。古美国锹国家与科学把基金颠会(竖NS气F)庆1恐98主7蚁年风2殖月专吼门召宫开了间一次宏研讨月会砖，动会上腿提出垃了们“仗科学拒计算藏可视重化潮”往这一仓全新蹦的解汪决方育案,础简称争Vi烟SC均(V号is食ua域li耕za降ti捏on朋in肯S抖ci暑en陡ti斤fi孕c规Co柔mp总ut味in托g)园或S都V(块Sc劲ie蚂nt刚if哭ic唉V吗is钩ua普li狂za株ti帽on格)净，铃一门钱崭新臂的交映叉学之科应载运而扇生奉[1疤]耍。拳此后捎，科壁学计阳算可咽视化对成为屑近二色十年膨来国束际学值术会萌议讨皮论的屑一个气热点挠问题贞。自文19诸90兽年以作来，阳美国笔电气处和电饶子工升程师畜学会犬（I译EE志E）毯每年窗举行籍一次烈有关腊科学凉计算父可视完化的宣学术科会议之，出谣版论三文集她。自俩19托95粉年开衰始，追美国纺IE赏EE映汇刊竹中又迹增加孔了一临种刊找物历“钢IE夫EE特T接ra乡ns雕ac帮ti边on等s颈on劲V室is宿ua竭li首-z奥at作io坦n袍an阔d芒Co士mp劝ut告er犁G拔ra羽ph呀ic影s程”尚。与协此同闯时，践美国却、德甘国的玩超级岛计算仿机中袍心、友研究息所及圾大公距司着遥手开折发用胳于科瓣学计停算可民视化其的软治件系鸭统，府并形蛮成商银品推仪向市赚场。稿如美羊国S瓶ta耍rd旋en熄t计皆算机收公司隐推出受的A鲜VS吵系统疑，美翅国俄凑亥俄希超级把计算霉机中移心开网发的刘AP通E皇系统隙，德崭国达营姆斯渗达特艇FH择G-蜜AG妄D研乔究中拢心开呆发的概VI意S-瘦A-钉VI壶S系愉统等蓄。经去过近解二十西年的裕发展驶，科铺学计业算可杨视化膜理论杰和方川法的零研究沿已经合在国然际上归蓬勃恭开展偷起来责并开欺始走拨向应返用涝[2饺]裁。灰随着丝互联彻网的判迅速风普及薄，传屋统的伪单机盒科学吓计算圈可视风化也旅开始我逐步柄朝着愉网络责三维犬可视琴化(根We品b3陕D竹Vi奋su音al展iz竟at惭io宾n，铺本文或中器简称熊为卵We查b3等D)军的方铁向发痛展，莫网络枪三维盖可视雁化技腰术的搬目的危在于初在互山联网肝上建摸立三蒜维的妖虚拟巩世界例。升由于顾具有裹信息柄表现腿形式蛾直观孩生动鼠、跨慎越怨地域贝限制匪、壳最大漏程度住地实领现了菌数据旨共享茎和融催合靠等显疫著特丰点叹，喂网络怕三维既可视沈化技座术珠已经拣成为侨当前突科学后可视批化售新的恼发展锦方向葵。份We鸦b3诊D是但三维智可视篮化与烫互联样网的屡有机识结合障，是衬三维壮可视域化在袖广域恰网环帐境下武的一削种应述用。陶We什b3马D米技术仿虽然拆是广近十报年才智逐渐棉发展绒起来皱的讯，软但弓它的娃出现促使得裁远程杯用户怠能够毕突破生地域翅限制纯身临艇其境象地唐浏览肥到三趋维赠交互魔式应动画危场景鞭，所再以冰从信井息技喷术的互角度吐而言洽，W景eb陷3D奏能峰最大象程度曲地保牌证世使用绍者实蚀时、吼生动轿、直旁观地若从任黑意角折度仆浏览糖到尽三维轻场景诱所无要表哈达投的信自息岸，并乱能后借助央于无螺处不亡在的云网络膀将这妈种信省息的腾触角锅延伸非到世喘界每蝇一个训角落旗。沈We唯b3插D技霜术的已应用界极其透广泛暴，几宏乎完可猛涉及健自然获科学国和工岛程技行术的呀所有佳领域铅，刻能很逐好地偶推动棚传统劝科学秋可视乘化的孝进一详步发睁展友和普旋及妇，原在道窃路工右程爽中练的应性用更才是剑可以拖贯穿萍设计薯、搜建设筹及运洋营的而全腐生命绳周期摘，鞭更好吩地促乔进道蛙路工谨程领呢域泻的妈信息放化、叉科学缴化精进程烤。位作为双构建笑“休数字笨公（怀铁）水路目”辰的基倍础核替心技奸术之修一，申We迅b3位D技酱术在脏道路欢三维昌可视虎化协究同设蛛计傲、惧道路何建设帖与运庸营的狮远程涛管理徐等肠方面疤都将讲具文有广熟阔的因应用驾前景替。远1.箱2狱研究影目的麦及意咏义从当前过的道课路三废维可修视化队还暑只能后实现瞎单机湿环境蓝下道确路三棍维建勒模与坛动态任交互奶式浏廉览，票为尖了绝实现狐网络谨环境轧下的牲道路忍三维矮可视搁化园，猜还存碗在艇网摧络洞框架活总体鼻设计餐、染海量栏三维块模型末数据骨的调丽度与净快速捏传输汪、剑与网焦络地贪理信荷息系菠统集携成等长问题阻尚需障研究莲。引针对凉道路遮工程踪网络闷三维墓可视消化的农难点材问题练，本平研究完提出胜了较一揽粒子销相应惜的族算法按和临策略劈，篇并将第研究弦成果皂运用会于高狼速公慈路建裳设管务理中别。霞本研脾究的仇研究阀意义犁如下事：醉1乱.肝道路舱设计妈：可怖在设摆计过赠程中豪逼真洗呈现鄙道路时建成记后的或场景帖，为攀方案桃评审祸、环晓境评猾估、吃安全障审计品等提悼供直守观的奋辅助斯设计泪工具瓜，特短别是腔通过膨互联归网不搅同地日域设箭计人执员可情以进谣行可第视化等的协居同设班计，送可颗充分蜘满足强道路种设计便的群暑体性奸、交竭互性造、分杯布性德和协蹈调性扮的客饰观需侄求。潮2.拾道路帆施工询：可拔完全眼呈现御道路菜建设肌区域昌地理昌环境洋、施桐工进饶度的惩真实前情况详，使类各级体决策流层及至管理歪、技奶术人社员无碎论走盛到哪删里，钥无论辅何时盆，都铅可按倦优先条级别究在道迅路虚阅拟场毅景中捞得到踩任何震一个把地方虽、任耕何部当门的岩信息险，这母一信跪息以快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