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可视化技术研究范文1
关键词：LOD技术；Creator；简化
模型的实时绘制是虚拟现实的一项基本要求，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。1976年，Clark提出了细节层次(LeveI ofDetail，LOD)模型的概念，认为当物体覆盖屏幕较小区域时，可以使用该物体描述较粗的模型。在虚拟现实系统的场景绘制时，在不同的显示时段需要不同的简化模型，因此需要进行一系列简化。
一、LOD技术相关研究
LOD技术是指在同一个场景中，依据视觉的特性，远离视点的物体只需较粗的细节，而只有离视点较近的物体才需要详细的细节，这样便可以通过具有不同细节的描述得到一组模型，供渲染时使用。LOD技术主要有顶点删除、三角形删除、三角形合并、基于包络网格的模型简化等算法。1992年后，国内外学者相继提出了许多LOD技术模型生成算法，对地形网格生成而言主要有基于规则三角形网格算法和基于不规则三角形网格算法两类。作为对规则三角形网格算法多分辨率地形的简化，在大地形的场景绘制时，在不同的显示时段需要不同的简化模型，因此需要进行一系列简化。Hoppe提出了一种递进网格算法，增加三角形到任意网格来满足需要的细节，后来又对递进网格算法进行了扩展，形成了基于视点的递进网格算法，避免了三角剖分给整体网格带来的影响。
二、实物模型在Creator软件中的LOD简化
Creator软件中的LOD技术主要通过设置模型的Switch ln、Switch Out值来实现不同视点距离显示不同复杂度模型。在实际开发中注意相邻复杂度模型中低复杂度模型的多边形数目是高复杂度模型多边形数目的75％。采用该技术不但可以增强场景的逼真度，也可以减少场景绘制的多边形的数量，既提高了可视性又节约了系统资源。
可视化技术研究范文2
关键词：大型水利水电工程；建筑物；三维可视化建模技术
在现代信息技术不断深化发展的过程中，大型水利水电工程建设现代化、数字化发展已经成为其发展的必然趋势，而三维可视化仿真模型的构建是推动其发展的重要环节，三维可视化仿真模型的直观性、可操作性都明显优于传统设计方法，所以对其展开研究对提升大型水利水电工程整体性能具有重要的意义。
1大型水利水电工程的数据模型
数据模型的性能决定其包括能够描述系统的静态特征的数据结构、能够描述系统动态特征得到数据操作和保证系统整体持续运行的完整性约束三个主要结构，其共同使数据模型能够对现实世界真实的模拟，能够通过计算机实现并被人类理解。通常大型水利水电工程建筑物中同时存在规则和不规则的实体，在建筑模型中需要将建筑物中真实存在的面和体分为规则和不规则两种类型，通常平面区域或规则的曲面区域在数据模型中会视为规则面对像，否则为不规则面对像，体对象作为多个面对像构成的空间实体，其中如果存在一个及其以上的不规则面对像，则数据模型视其为不规则体对象，由此在数据模型中将规则面对像表示为多边形或函数构造面；将规则的体对象表示为长方体、圆柱体等几何构造体；将不规则面对像表示为TIN面片；将不规则体对像表示为以上基本元素的组合。某大型水利水电工程建筑物三维可视化建模技术中需要面对建筑物的点、线、面、体对象构建数据模型，其点对象的三维空间位置可以通过Q(x，y，z)表示，而两个点对象的三维空间位置即可以描述建筑物的线段对象，而多个线段对象将共同组成线对象，线对象又可以描述几何要素，由此可见数据模型可以实现对规则或不规则建筑实体的描述，三维可视化建模的数据模型实质上是以面对像或面对像的组合形式对建筑物实体进行仿真，所以在设计的过程中可针对不同的面对像进行优化，有利于建筑物整体性能的提升。
2大型水利水电工程建筑物的建模思路
由于构建的三维可视化模型既要表述系统的组成，又要表述复杂系统中不可分解的子系统，所以模型要由不同的模块构成，而模块之间既要有层次结构，又要具有组成和可连续的关系；不同模块其在构建的过程中需要用独立的物理设备或部件；能够通过独立的数学描述各模块的特征。三维可视化模型模块之间的关系决定，对建筑物实体的描述可以通过以下方法实现：针对单纯以简单物体粘合形式构成的物体可以通过空间分割描述，如长方体、圆柱体等；针对简单物体复杂粘合形式构成的物体，可通过构造实体几何表示的方法描述，如并集、交集等；针对复杂物体可通过边界表示法，对物体边界的点、线、面进行描述，不同性质实体描述方法的差异决定某大型水利水电工程应用三维可视化建模技术的过程中需要通过GIS平台，CAD，3dsmax图形处理软件等进行稽核建模、形象建模、三维显示。
3大型水利水电工程建筑物几何建模技术
几何建模技术即结合建筑物实体特征点的实际数据，计算其法向量，进而形成三维几何模型的过程，由于大型水利水电工程建筑物较复杂，其存在简单的建筑物、同高程水域平面、复杂三维实体构造等。构建简单的建筑物模型，可以通过空间分割描述，例如将箱体式房屋视为屋顶面和多个铅直外墙面构成的实体；构建同高程水域平面三维模型可以利用边界多边形的三角剖面表示；构建复杂三维实体三维模型利用制图软件将三维实体的数据在三维空间坐标体系中直接定位，然后利用以下技术进行建模：一种是参数化实体建模技术，其是通过多个参数控制特征部件表述建筑实体的几何关系，并利用代数方程对各部进行结构约束和尺寸约束，此技术以变参数几何模型作为模型构建的基础，能够实现交互参数驱动，而且能够定义参数约束。在某大型水利水电工程中其泄洪潮进水塔、溢洪道等建筑物属于复杂三维实体，在构建三维可视化模型的过程中需要通过以下步骤完成，首先，对建筑物全局变量和局部变量进行定义，例如在构建泄洪潮进水塔三维可视化模型时要选择此建筑物中心线底面点作为控制点，结合其边墙、启闭室等组成部分的关键点与中线点的距离，从全局的角度对其位置、尺寸等进行定义，然后根据定义的数据对局部变量的尺寸进行确定，通过Polylinez等绘图函数将其主体建筑物进行绘制，如进水塔；然后将其次要的组成部分利用拓扑关系按照固定点进行组合，由此形成泄洪洞进水塔建筑物的三维几何模型，此技术的优点是当设计发生改变时，只要对全局变量和局部变量进行更改即可，并不需要彻底的改变几何模型。另一种技术是CAD实体建模技术，此技术是利用CAD软件，通过获取几何元素及表达几何元素关系的约束条件，对几何元素进行确定的技术，如某大型水利水电工程的大坝为例，以大坝的填筑材料、结构等为划分标准，整个大坝会划分为不同的部分，而每部分的形状都很难规则，将不规则的部分细分成规则的形状，针对大量规则的构件进行建模，此时模型中的定量信息成为可以调整的参数，通过对参数赋予不同的数值，可以直接改变各部件的形状、体积，而相同或相似的部件可直接通过软件的图形处理功能实现，使构建的效率和准确性都得到保证，通过对某个部件的构建，实现整体大坝的三维模型构建。针对特征模型还可以利用特征建模技术，其是在系统特征库中存在建筑物建模所需的模型，通过对其进行尺寸约束和位置约束可以将特征模型直接应用于建筑物建模过程的技术，此技术具有效率高、可用性强的特点。
4大型水利水电工程建筑物形象建模技术
形象建模技术是针对已完成的几何模型进行形象美化的过程，使三维模型与建筑物实体更加接近，形象建模技术通常针对建筑物的颜色、透明度、纹理、光泽等进行调整或通过贴图达到使建筑物美化、真实的目的；另外，在形象建模的过程中要考虑到建筑物在真实应用的情况下会存在彼此的遮挡，所以在此过程中需要通过计算消除隐藏面，算法主要有两种，一种是将窗口内的单独像素作为处理单元，确定处理单元中距观察点最近的物体为可见；另一种是以场景中的物体为独立处理单元，以每个物体表面为可见面。
5大型水利水电工程建筑物三维显示技术
三维显示技术即将已经形象美化后的建筑物三维模型投影设置观察点，并对其位置进行合理的调整后将其通过计算机屏幕进行展示的技术，使计算机屏幕上展示的三维可视化模型与建筑物实体两者的逼真度达到最高，三维显示不仅要求对建筑物的整体形象进行展示，而且要求对建筑物与视点的距离、物体与实现的方向、建筑物构件的体积、形状等细节进行展示，可见三维显示技术与计算机的分辨率之间存在密切的关系，分辨率越高，越能够达到三维显示的要求。例如在某大型水利水电工程整体场景展示时，计算机屏幕显示器的分辨率要满足细化水利水电工程中厂房、进水塔、大坝等重要建筑物的需要；当视点转向上游时，计算机屏幕分辨率要满足细化上游洞口、渣场等建筑物的需要，在利用三维显示技术的过程中不仅可以达到通过建筑物三维可视化模型更加了解水利水电工程建筑物，快速获取相关数据的目的，而且其可视化的优势有利于优化建筑物设计细节，提升建筑物的整体性能。
6结论
通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到大型水利水电工程在经济发展、社会稳定中所起到的重要作用，并结合工程计算、计算机图形学、图像处理、人机界面等多学科的知识，创建并不断完善建筑物三维可视化建模技术，为提升大型水利水电工程整体性能提供有效的工具。
参考文献：
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[6]王威．基于网格快速重构的三维地质体建模研究与应用[D]．武汉：中国科学院研究生院，2010．
可视化技术研究范文3
【关键词】网络通信过程，逆向分析，可视化技术
随着计算机网络通信的发展，计算机软件网络通信不再只通过检测哪些功能、需要删除和增减来解决计算机功能的实现问题的正向工程，而是，在此基础上能够解决程序理解问题的逆向工程。在软件网络通信过程逆向分析中包括代码级逆向分析和系统级逆向分析。通常应用到的是代码级逆向分析。一般是通过例如反汇编器、调试器、反编译器及系统监控工具等专门的逆向分析工具对待逆向的程序网络通信进行监控、研究及剖析。但是这样一种分析方式由于它本身的各种缺陷例如只能对程序进行外部执行行为结果的分析，在加壳加扰时应用没有实际的效果，调试器使用受限等等。经过不断的发展尝试，动态二进制平台DynamoRIO具有高效的分析优势。
一、动态二进制平台DynamoRIO
在操作系统和应用程序之间插入DynamoRIO并利用代码缓存技术将程序代码分为一段段指令序列拷入代码缓存。接着执行代码缓存中的程序。其中那一段段指令序列又称为基本块，它以类似于如call，jump等控制转移类指令为结束标志。DynamoRIO在基本块的执行结尾处通过上下文切换在基本块调度状态与程序的代码缓存这两个状态下切换过渡，接着将在本地执行缓存中的代码。DynamoRIO相对于其它的动态二进制平台而言，它的优势是具有很强的执行能力和很好的稳定性，并且它还具有一定的灵活性。DynamoRIO分析整理出的数据可构成API函数信息库并对网络通信中所执行的API函数信息做出相应的记录。在此基础上，可利用DynamoRIO提供的API函数集编写出满足各种需求的插件。
DynamoRIO最为核心的技术是DBI技术，这向技术是众多动态二进制平台的支撑技术。它能够实现对程序指令流和数据流信息进行实时分析和动态修改，主要是在分析要求的基础上，对程序动态执行过程插入分析代码。动态二进制平台DynamoRIO通过以上介绍的优势可以流畅且高效的完成软件网络通信过程逆向分析。
二、可视化
在软件网络通信过程逆向分析软件动态二进制平台DynamoRIO运行中，其接口函数可用于编写插桩工具。目标程序将通过插桩工具进入到DynamoRIO创设的API函数信息库中，在API数据库中，目标程序被分为一块块基本执行块，接着进行API判断之后，DynamoRIO会对整个过程中的指令进行记录，包括指令的执行时间、模块名和函数名、函数执行时返回值和参数信息，然后DynamoRIO会对API记录的信息进行分析，主要是对关联性分析模型和关联性分析算法进行函数关联性分析，最后根据数据图形显示的规则生成GDL文件，此文件可将软件网络通信过程以可视化的图形形式展现出来。最终实现软件网络通信过程可视化。在这一过程中对API函数信息的记录、API关联性分析以及软件网络通信过程可视化是关键。
（一）可视化技术中对API函数信息的记录。记录API函数信息首先要获取软件加载的库文件模块及其它地址空间信息，然后获取基本块执行后的跳转地址。接下来分为这样几种状况。1.跳转地址存在于API数据库中则调用API函数信息库中的数据进行下一步，记录此跳转地址的API和API参数信息，程序执行结束，最后进入到下一个基本块的执行中或者结束程序。在此过程中会出现另一种情况，即调用的函数并非API函数信息库中存在的函数，当遇到这种情况时，程序执行结束或执行下一个基本块。2.跳转地址不存在于API库文件空间中则直接结束程序或进入到下一个基本块的执行中。
（二）可视化技术中API关联性分析。在进行API关联性分析时要注意每个套接口所代表的通信通道以及每个套接口的描述字要包含通信的IP地址类型、协议类型等信息。套接口描述字是两个程序之间的通信手段，一般两个程序之间的连接都是建立在套接口的基础上的。函数关联性分析的目的是获得包括通信IP、端口、发送和接收的内容的通信会话的具体信息。
（三）可视化技术中软件网络通信过程可视化。软件网络通信过程可视化技术的最大优势是能够用直观的表现形式将大量的数据表现出来，从而为人们快速寻找数据中的特征、相关关系、模式、趋势、结构、异常现象等提供便利。可视化图形形式的生成是利用可视化通信工具和已有的相关软件对网络通信过程进行展现。目前所应用的一款可视化图形软件工具是aiSee与GDL语言。GDL是一种对图形中的边、结点、图形的属性进行描述的图形描述语言。而aiSee正是基于这种图形描述语言的用于使编译器中的多种内部数据结构进行形象化表述的可视化工具。在这款工具中对GDL的结点的设置是可以根据用户的需要来进行的调整的，因此，它具有一定的灵活性和个性化。基于这种特点aiSee软件的应用十分广泛。
结束语：
目前我国软件网络通信过程逆向分析及可视化技术的应用十分广泛，不仅是在计算机领域，在其他领域也有涉及。在软件网络通信过程逆向分析及可视化技术中，有一定的收获与突破，但是目前的发展现状比较缓慢，在80年代中合肥工业大学对软件网络通信过程逆向分析及可视化技术进行了一系列的研究之后，至今，没有出现比较系统的有关这方面的研究了。因此，在软件网络通信过程逆向分析及可视化技术的领域上，针对目前比较好用的动态二进制平台软件DynamoRIO应进行更加深入的分析研究，从其中比较重要的API函数信息的记录、API关联性分析、软件网络通信过程可视化这几个环节入手，进行多角度的探究。推动软件网络通信过程逆向分析及可视化技术的发展与应用。
参考文献：
可视化技术研究范文4
关键词： 物联技术； MES； 可视化； SOA
中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）16?0049?03
MES（Manufacturing Execution System）制造执行系统[1?2]，是为了防止上层计划管理与底层车间信息数据的断层而产生的，MES能通过信息传递，对从订单下达到产品完成整个的生产过程进行优化管理，并根据当前的准确数据对车间进行指导和处理，在整个企业信息化集成系统中起到承上启下的作用。然而MES存在很多数据无法挖掘获取并有效利用的问题，使生产控制、质量控制、数据实时更新以及历史数据统计方面存在管理缺陷，因此对这些数据的有效管理是关键部分，可视化管理可帮助企业更直观的挖掘隐藏的数据并有效管理企业。“制造物联”是MES更高阶段的必然表现形式如图1所示。
“制造物联”与MES的侧重：
（1）MES侧重生产业务管理，制造物联更关注产品要素与制造活动管理；
（2）MES侧重提升过程管理能力，制造物联更侧重提升制造交付能力；
（3）MES侧重制造环节，制造物联则扩展到售后、再制造等产业环节；
（4）MES表现形式多为“系统”，制造物联表现为“平台”；
（5）MES立足企业，制造物联则强化了企业间协同。
MES拥有企业制造过程的实时和历史数据，数据量大，维度多，质量信息也难以有效、直观地表示。为了提高MES系统的交互性和可视性，引入可视化技术[3]和制造物联技术，设计面向制造物联的MES可视化系统[4]，使管理者有效管理生产车间，帮助企业减少成本、提高产品质量和服务质量。
1 系统需求
随着企业生产技术水平的不断提高，企业产品种类趋向多样化，客户需求趋向个性化、对产品的质量要求高，客户及企业间的需求信息、响应信息动态变换快[5]，这些信息贯穿于产品的描述、设计、生产、销售以及回收过程中，如得不到准确有效地管理和控制，给企业和客户都会造成损失，为了更好的满足客户需求、实现企业信息化，目前企业制造过程中主要还存在以下需求：
（1）数据可视化方面。MES系统之所以能有效的监控整个车间的生产过程，主要是通过对制造过程中的原材料、车间设备、工艺状态、生产进度和质量等生产信息进行实时管理实现的，面对动态变化的大量数据信息，之前系统显示的结果比较抽象，难以发现隐含信息，而像质量管理过程和生产管理过程等子系统都要根据这些数据信息进行筛选、分析和控制，因此，利用可视化技术将其转化为图表、图像和表格等形式展示，便于管理者有效分析、控制和管理。
（2）可视化交互方面。车间的装配质量管理系统和过程控制管理系统交互性差，只能管理者单方面的接收问题并解决后才可继续运行生产，影响企业生产效率。
（3）实时处理方面。企业客户数量大，产品种类多，质量信息变化快且来源多，生产过程、工艺流程和工时数据动态变化快，管理者如不能及时地接收这些信息，企业的生产经营将蒙受损失。所以企业能及时正确地传达和响应这些生产过程、设备和质量信息。
针对上述需求，结合物联技术，研究MES可视化系统[6]，通过部署多个传感器节点，利用RFID标签定位技术[7?8]，追踪物料单品在生产线上的装配制造过程，设计交互界面，使企业实现车间生产数据在各方面应用的可视化管理，为企业节约成本、创造更多的价值。
2 系统架构
针对MES在制造业车间的应用情况及反应出的问题，结合物联技术，提出了基于物联技术的MES可视化系统基本架构，如图2所示。
依据架构图可知，系统的层次主要分为3大部分：车间现场控制层、执行监控层和车间可视化管理层。
车间现场控制层主要利用OPC技术[9]、PLC技术[10]和条码/RFID识别技术等物联技术实现I/O控制、数据采集和设备集成等功能。
执行控制层可以实时监控各工位设备的运行状态，设备出现故障可以立即发出警告，提示生产现场管理人员及时排除故障；也可以接收工作站反馈的质量控制、性能分析的结果信息，指导现场工作人员进行改进生产作业，执行详细工序计划的指令，安排生产线准时完成生产任务。
车间可视化管理层利用可视化技术、SPC技术实现生产过程控制、质量控制，最后在管理层以图表、图像形式将过程控制数据、质量控制数据、实时更新的数据和历史统计的数据可视化展示，让管理者更直观地管理生产现场。最后，可通过接口管理平台实现与ERP，MES，PDM，CAPP等系统信息集成与共享。
3 可视化MES系统的功能模型
通过对上述系统架构图的分析，并结合装配车间的现场情况，将MES可视化系统的功能模型总结如图3所示。
3.1 生产控制可视化
生产控制可视化可以用来查看生产进度，防止生产事故，监测流水线的生产情况，阻止生产线因异常情况而停止流转，并可查询和追溯当时操作人员的详细信息，提高生产效率，具体可有生产工序可视化、生产工时可视化、车间布局可视化和工艺流程可视化等功能模块组成。
3.2 质量控制可视化
质量控制可视化由质量标准可视化、质量检测可视化和质量追溯可视化组成，通过质量标准，对采集数据进行自动判断，异常情况进行报警，并追溯检测问题根源，及时控制并合理改善管理，实现质量的实时在线观察和控制。
3.3 数据实时更新
利用数据采集设备，实时采集设备数据、物料数据和人员信息数据等，并通过构建数据软硬件平台系统，实时更新展示数据，方便管理人员有效管理装配过程。
3.4 历史数据统计
企业数据库存储车间现场的所有数据，对历史数据有效统计，以图表或图像形式展示，便于管理人员直观查询和统计、分析设备状况、人员信息状态状况和物料状况等信息，出现问题时可利于追溯查询问题根源。
4 系统实现
SOA是一种通过使用和组装构建模块来概念化、设计和构建应用程序的方法，每个构建模块被表示为一个可重用的服务，通过SOA技术的应用，将提高软件的可重用性，改善MES系统过于个性化和升级困难的问题，提高系统的构件速度，降低构件成本。所以本系统采用SOA架构。采用C#，.NET开发，企业数据库采用ORACLE数据库管理，利用GDI+、OWC等绘图工具和Dundas数据可视化技术，完成交互图形图表的绘制和数据可视化的呈现，用可视化的方式高效管理车间装配过程。
5 结 语
本文分析了制造业中MES系统存在的不足，引入物联技术，提出了基于物联技术的MES可视化系统，通过系统架构分析系统的功能模型，使装配车间的生产控制、质量控制和数据实时更新和历史统计都可视化展示，改进了生产过程中组装线和工艺流程的混乱、质量反馈问题的滞后和交互，使管理者有效管理车间，使企业降低成本，高效高质量生产。
参考文献
[1] 赵栋，陈呈频，兰秀菊，等.基于MES的可视化质量管理系统[J].轻工机械，2011，29（2）：123?127.
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[4] 王鸿玲，糜玉林.信息可视化技术在军事中的应用[J].舰船电子工程，2008（3）：12?14.
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可视化技术研究范文5
关键词：输电线路 三维GIS 三维模型
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0039-03
现今，电力系统的发展越来越高端，输电线路电网也越来越繁密，电力设备的相关应用也越来越复杂，但是为了促进科学化管理，GIS技术在电力行业的大范围发展中得到了广泛应用，特别是三维GIS这一关键技术。输电路的各种交叉与重叠等复杂状况以及输电线路是位于地理空间中的人为建物，其线路距离长，通过地区地理环境较为复杂，与其他电力线路和通信线路有交叉跨越，并且会通过一些其他的特殊区域。输电线路杆塔的位置与其所在的地理位置有着密切关系。为了更加直观展现出输电线路的全貌二维GIS的应用已经不能满足需求了，这种情况下二维GIS的发展受到了限制，而三维GIS却能够明确直观表达与再现。该文通过运用三维GIS技术，结合模式设计方法，提出了一种构建三维输电线路GIS系统的方法，并在实际的工程中得到了实现。
1 三维GIS技术概述及其应用现状
三维GIS技术是GIS技术的一个新兴的发展方向。三维GIS起源于二维GIS技术。由于人们所生活的环境是一个三维空间，二维GIS是简单将投影与二维平面的模型，其本质就是抽象的符号化系统。在描述人们所生活的空间中存在缺陷。恰好三维GIS克服了这一缺陷。其以立体的展现形式技术给体验者展现真实的地理空间现象，能够清晰表达空间对象的平面关系。对空间对象进行三维空间分析、操作也是三维GIS特有的功能。三维GIS技术的出现将GIS技术推向了一个新的高度，应用的范围也越来越广泛。从三维GIS技术研发的基础角度来看，目前三维GIS技术的发展主要有以下几种趋势。
（1）应用范围从三维可视化领域向三维地理信息展示发展。这一特点与二维GIS管理一样，都是从可视化角度出发，其目的是将地理数据变为可见的地理信息。
（2）管理模式从分散数据库向系统集成拓展。三维GIS存储与管理海量的空间信息和属性信息，基于分散的关系型数据库管理，将三维可视化与三维空间对象相耦合，从而形成系统集成。
目前，国内外还没有成熟完整的三维GIS平台，与三维GIS技术相关的系统大多数集中在可视化方面。
2 三维GIS技术在输电线路展示平台中应用到的主要技术
在输电线路展示平台中三维GIS技术的应用还需要结合相应的电力通讯技术、全景可视化技术与计算机科学技术。正是因为这些技术的综合性应用，才使得三维GIS技术中的某些关键技术得到可靠应用。其中主要的技术有：空间索引与数据组织、多源化的数据库集成与管理、海量数据处理技术、影像金字塔技术等。具体阐述如以下几点。
2.1 空间索引和数据组织
由于输电线路所处的空间、地质、地貌环境不同，所以输电线路的分配也是不同的。
采用灵活的三角网在地理建物的展示中显得尤为重要。采用这样的三角网可以更加方便快捷的建立所需目标模型，也可以按照一定的比例在复杂的地形下架设输电线路。
2.2 多元化的数据库集成与管理
在三维模型数据库里的集合图形与影像数据等其他数据通常是需要很多字节的，但是数据的字节越多就会造成数据量的庞大，因此，这就需要对这些数据进行数据处理与优化。在三维GIS技术里面数据的管理是一项非常重要的技术。对数据库的管理主要分为两个方面的管理，分别为空间数据库和ORACALE数据库。
2.3 海量数据处理技术
根据现有的经验与实践结果表明，限制海量三维数据处理技术的因素主要有两大方面，分别是几何数据与纹理数据的庞大、地物数据种类繁多。根据这种技术的限制因素来讲，这种技术主要运用有三个方面以实现数据的实时三维漫游。
（1）多级纹理交换技术。
纹理贴图对于三维场景的真实重现起着举足轻重的作用。正射影像、房屋墙壁等都是使用纹理贴图实现的。一般来说，在三维场景中，纹理图像的数据要占该场景所有数据量的90%甚至更多，如果解决好了纹理数据的问题，海量数据场景的管理和漫游问题也就迎刃而解。为了解决以上问题，采用“多级纹理交换”技术。该技术主导思想如下：①将场景中使用到的纹理拼合成为大小一致的纹理块；②为每块纹理生成5个细节等级的纹理，分别为0、1、2、3、4，其中1级纹理通过0级纹理1/4压缩得到，2级纹理通过1级纹理1/4压缩得到，……，依次类推；③在显示每个物体之前，计算该物体最终在屏幕上成像的大小，并以此决定该使用那一级的纹理；④在内存中建立纹理缓冲池，使用LRU算法进行纹理块的调度，确保使用频率高的纹理调度次数尽可能少。
（2）多级几何模型技术。
大范围三维场景包含众多的顶点、顶点索引、三角形等几何信息，一个50 km×50 km、间距为10 m的DEM，仅网格点就要占据600M的空间。如此大的数据量，如果不作任何优化，任何3D加速卡都无法实现实时渲染，更不用说高速漫游。LOD（多级几何模型技术）正是为了解决这一问题而出现的算法。LOD的核心思想如以下几点。
①将DEM分块；②对于每块DEM，根据不同的阈值，抽取其中的关键点构造三角网以生成不同细节等级（LOD）的几何模型；③DEM边界上，各个细节等级的几何模型使用相同的边界信息；④在渲染的时候，根据DEM块与视点的距离确定应该使用哪一个细节等级的几何模型。
（3）数据分块管理技术。
大范围场景的三维模型包含很多地物，对场景中的所有地物进行碰撞检测、纹理调度等操作需要耗费大量时间，给提高场景漫游速度造成了障碍。解决该问题的途径之一是对地物（包括地表数据）进行分块，每块自成一体，碰撞检测等耗费CPU时间较多的操作均以“块”为单位进行，这样可以极大提高程序执行效率。
2.4 影像金字塔技术
影像金字塔技术指的是在保持影像数据质量毫发无损的前提下实现影像快捷提取与显示，影像金字塔技术有压缩无损压缩和非压缩两种方案并同时支持文件和数据库两种存储方式。通过影像金字塔技术多幅影像可以拼接成一个连续、无缝和无损的海量影像层。金字塔技术的基本原理是将d维数据空间分割为2d个金字塔的集合，并提供了d维数据点到1维金字塔值的一一映射。这些值通过一种有序的一维索引结构存储和访问。
金字塔方法分割空间数据分为两步：第一步，将数据空间划分为2d个金字塔，这些金字塔以数据空间的中心（0.5，0.5，…，0.5）为顶点，以数据空间的（d-1）维表面作为基座。第二步，每个金字塔划分多个平行于基座的部分，每个部分对应于B+树的一个数据项。
3 三维GIS技术在输电线路展示平台中的应用
3.1 模型间无缝连接
随着三维GIS技术研究的不断深入和实践工作的不断深入，三维GIS技术在电力行业中得到广泛应用，在电力行业中最典型的应用就是对输电线路的三维场景建模，主要针对地物和设备，例如：建筑物、输电杆塔、树木、绝缘子等其他电力设备，三维GIS技术比较关注的是建筑物的外部结构和形态，而不是内部的拓扑结构，因为毕竟是为了是用户更加真实的再现输电线路现场的场景。因此，选用CGS（结构实体几何法）模型类对地面模型进行描述。（如图1）
由于地形形态是一个连续的空间层面的曲面，而非人们所说的平面，因此，如果不对CGS模型进行任何处理，建筑物底面与地形表面处相交的部分就会存在裂缝，会影响整个平台的可视化效果，看起来不真实，进而影响空间分析。由于TIN可以以不同层次的分辨率来描述地形表面，对于粗糙不平底面的描述极具有优势，根据实践的要求，可以将TIN模型与CGS模型结合使用，从而实现模型间的无缝连接。
3.2 三维场景的显示、查询和空间分析
利用三维GIS技术强大的空间检索与分析功能为输电线路展示平台提供了有力的技术可行性支持。
显示功能支持实现：可以显示整个三维场景并且可以在其中进行漫游、缩放、旋转以及飞行浏览等操作，显示整条输电线路包括导线、杆塔模型、绝缘子并且可以直观显示出线路的耐张段情况，可以沿着线路进行飞行模拟直观展示线路的交叉跨越情况。
查询功能支持实现：在三维场景中可以快速查询任一条线路及其相关属性数据，包括线路的电压等级、回路数、导线型号、杆塔的空间位置、绝缘子、金具等设备的信息。
空间分析功能支持实现：淹没分析，土石方体积计算、两点通视分析、弧垂分析等功能。
4 影响三维GIS技术发展的因素
影像三维GIS技术发展的因素分为促进与抑制两个方面。
（1）促进发展的因素有以下几点。
①二维GIS技术已经拥有比较成熟的理论与技术，而且应用到各行各业各领域。
②计算机科学技术的成熟与发展。为三维GIS技术提供了坚实的理论基础。
③空间数据库与面向对象数据库的研发已经进入商业化阶段。
（2）抑制发展的因素有以下几点。
①由于遥感，数字测量技术发展的局限，三维GIS地理数据的廉价获取还相当困难。
②三维GIS技术所需要的数据量远远高于其他系统，目前海量数据的处理技术还处于初级阶段，这就对三维GIS技术的发展产生了一定限制。
③三维GIS技术的核心是三维空间数据库，而三维空间数据库的核心是数据库结构设计和三维数据模型，在这方面缺少统一且权威的理论认证。
④现阶段空间分析还处于二维分析阶段，并非真正实现了三维的控件分析，且处于起步阶段，这也是三维GIS技术发展所面临的问题之一。
5 结论与展望
三维GIS技术和传统地理信息系统技术结合而发展起来三维地理信息系统是，它除了拥有空间信息的分析、处理和组织功能等地理信息系统基本功能外而且有虚拟现实技术可以直观、真实反映事物的优势。输电线路是电力系统重要的组成部分，具有明显的地理特征等特点，因此，适合使用地理信息技术进行管理。将三维GIS技术融合到输电线路的管理中建立具有输电线路特色的数据组织平台不但解决二维地理信息系统无法解决一些输电线路具有的特点，可为输电线路的设、施工和运维等工作提供良好的支持与服务。该文对三维GIS技术在应用过程中所涉及到的几种技术进行阐述，发现这几种技术对平台所运用到的数据具有一定的整理作用。综上所述，三维GIS技术在输电线路建设中的应用，为输电线路的管理、基础设计修建、扩建与决策提供有力的信息支持。
参考文献
[1] 唐跃中.数字化电网若干关键技术研究[D].浙江大学，2010.
[2] 杨旭升，盛万兴，王孙安.多Agent电网运行决策支持系统体系结构研究[J].电力系统自动化，2002，26（18）：45-49.
可视化技术研究范文6
关键词：储层模型；三维可视化；Open Inventor；场景
中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：16727800（2012）011014003
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基金项目：国家自然科学基金项目（50474042）
作者简介：王家华（1945-），男，西安石油大学计算机学院教授，研究方向为油藏描述、储层建模、地质统计学、地质图形可视化、决策分析、风险分析、软件系统；孔进（1987-），女，西安石油大学计算机学院硕士研究生，研究方向为计算机图形图像。0 引言
储层建模三维可视化就是使用地质统计学算法对测井数据、地震数据等已知数据进行模拟建立储层模型，并使用三维可视化方法，将储层模型用直观三维图形方式显示，从不同的角度描述储层属性和结构，从而帮助石油工作者更加方便准确地理解地下地质情况。
储层模型包括储层的几何形态和属性特征。储层的几何形态表现其空间位置和构造起伏；储层内部属性特征是指孔隙度、渗透率，含油饱和度等物性参数的空间分布。本文用Qt和C++结合Open Inventor工具包设计并开发储层模型可视化系统，以胜利油田某区块的数据作为测试，展示系统对具体数据的三维显示、拨层显示、剖面显示、色表设置、Z方向夸张显示等功能，达到了将油藏储层直观展示的目的。
1 Open Inventor和Qt简介
储层模型可视化系统采用Open Inventor 工具包开发可视化模块，Qt技术开发系统界面。Open Inventor（以下简称OIV）是SGI公司开发的基于OpenGL的面向对象的三维图形软件开发包。OIV具有平台无关性，可以在Microsoft Windows、Unix、Linux等多种操作系统中使用。OIV通过搭“积木”的方式来构造复杂的三维场景，用户只需花费很少的时间就可以构造复杂、优美的图像场景，同一份代码可利用OpenGL发展的最新版本。
Qt由挪威奇趣科技公司开发的面向对象、跨平台的C++图形用户界面框架，具有一次编写、随处编译的特征。采用Open Invnentor 和Qt开发储层模型可视化系统，界面友好、显示效果精细、交互式操作灵活、易于维护，并具有跨平台性。
2 储层数据模型可视化
2.1 数据格式
在构造建模中，使用克里金插值算法，得到每一个网格上的深度值，在属性建模中使用地质统计学算法模拟出对应网格上的属性值，两者合在一起形成带构造规则网格数据。因而储层模型可视化系统的输入是随机建模的结果数据，包括沉积相、孔隙度、渗透率、含油饱和度等参数模型的数据体。这些数据的格式如下：
X方向网格数 Y方向网格数 储层层数 X起始坐标 Y起始坐标 Z起始坐标 X方向网格步长 Y方向网格步长 层间厚度
属性最小值 属性最大值
第1点的Z坐标值 第1点的属性值
第2点的Z坐标值 第2点的属性值
… …
网格结点在XOY平面上按规则顺序排列，令X、Y方向的网格步长为dx、dy，网格数为Nx、Ny，原点坐标为x0、y0、z0，则任一网格结点Node的空间坐标（x，y，z）和属性值s为：x=dx·i+x0
y=dy·j+y0
z=DPk
s=Sk
（1） 公式（1）中，i的范围为[0，Nx1]，j的范围为[0，Ny1]，k为结点Node（i，j）在数据中的排序数，DPk、Sk分别为第k 点处的深度和属性值。
2.2 储层模型可视化系统的场景结构
本系统分为两个场景：储层参数模型场景、颜色图例场景。储层参数模型场景包含立体模型完全展示、拨层展示和剖面模型展示。其中，拨层只显示储层中的某一片，剖面可以浏览和分析储层断面上的空间分布。本系统总场景如图1所示。
图1 储层模型可视化系统场景
图1中，储层模型立体展示、拨层展示、剖面展示采用Open Inventor中的SoSwitch开关节点控制，SoSwitch的whichFild域默认为1，表示不遍历任何子节点。
2.3 立体模型
储层立体模型场景如图2所示。
图2 储层模型立体模型场景
图2中，采用Open Inventor中的SoCoordinate、SoMaterial、SoMaterialBinding、SoQuadMesh类描述储层地质模型中的每一小层。用结构体存储数据内容，每个模拟点的坐标可从结构体中得到，然后使用SoCoordinate节点管理。每个模拟点的颜色表明了这个点的属性值。本系统采用64个颜色组成的色表文件，用属性的最大值减最小值再除以颜色总数，得到属性值步长，按照此步长将属性值划分为不同的范围，每个范围对应色表文件中的每一条目，即颜色值。然后采用Open Inventor的SoMaterial类管理颜色，用形体节点SoQuadMesh构造每个小四边形面片，从而建立起储层模型的立体图。
2.4 剖面模型
储层剖面图是一种地质图件，能直观地反映地质体断面方向的整体轮廓、构造情况、地层之间的位置关系。这里的剖切路径采用一系列剖切点依次连接的折线表示，绘制剖面图的算法如下：
（1）以折线方向为步长递增方向，求折线上结点的总数。i=（yj-yj-1）2+（xj-xj-1）2d
（2） x是剖切点的X坐标值，y是剖切点的Y坐标值，d是步长，此算法中预设d为X方向网格步长，i是相邻两剖切点长度除以步长的倍数，j为当前剖切点的序号。
（2）计算两个剖切点之间直线和x轴的夹角。a=arctanyj-yj-1xj-xj-1
（3） j为当前所选剖切点的序号，α为两剖切点之间的直线与X轴的夹角。
（3）计算折线上结点x、y的坐标值。
公式（3）计算得出的倾斜角值代入公式（4）和（5），得出d1和d2的值：d1=i·d·cos（α）+xj-1
（4）
d2=i·d·cos（α）+yj-1
（5） i值的意义同公式（2），j为当前所选点的序号，α的意义同公式（3），d1为剖切线X轴方向的分量，d2为剖切线Y轴方向的分量。
（4）计算结点在网格中的位置。
（5）根据该结点周围的4个网格节点，利用距离反比加权法计算z值和属性值。
得到切面数据后，将相邻两层面上的数据每4个依次连接为小四边形面片，用形体节点SoQuadMesh构造每个小四边形面片，建立起储层模型的剖面图。
3 功能展示
基于Open Inventor的储层模型可视化系统的主要功能：物性与沉积相的立体图、物性与沉积相的拨层图、物性与沉积相的剖面图，以及模型的旋转、平移、放大缩小、Z方向夸张显示等交互式操作。以胜利某区块数据测试该系统，分别展示各参数模型。图3是沉积相在三维空间的分布图，其中不同颜色代表了不同的沉积相，此沉积相模型有5种相。
图3 储层模型可视化系统沉积相三维分布
图4是渗透率的三维空间分布图，左上角是渗透率的图例，不同的颜色反映了渗透率随空间变化的情况。
图4 储层模型可视化系统渗透率三维分布
当用户查看储层内部数据分布以作比较时，可使用拨层功能，如图5所示。
图5 拨层显示含油饱和度的第6片
4 结语
本文重点研究了储层参数的立体模型、绘制剖面模型的算法、颜色映射等技术，并用C++、Qt和Open Inventor对储层模型可视化系统化进行了实现，直观真实地再现了油藏的地质构造以及油藏参数在空间的变化。参考文献：
[1] 张国梁.基于Cion3D的储层建模三维可视化研究与实现[D].西安：西安石油大学，2009.
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