基于组合映射的全球多尺度DEM无缝模型

When performing the multi-resolution DEMs expression based on the traditional tree structure, topological crack generates at the meeting of areas of different resolution levels. Although there are many methods of crack elimination, they are complex and the calculation is large.At the same time, the terrain is not completely simplified.These problems not only affect the fluency of scene roaming, but also reduce the ability of global spatial analysis and efficiency of data update .Therefore, it is necessary to study the new theory and data structure to provide technical support for the application of multi-resolution DEM model in the analysis of global problems.This project introduces Combinatorial Maps theory, and a new seamless and completely simplified model will be researched from the underlying data structure of grid subdivision. The main contents include a seamless and completely simplified model of the global terrain based on Combinatorial Maps theory, the method of combining the simplified model with LOD technology based on the diamond’ block, and the algorithm of global flooding simulation and data update mechanism using the completely simplified model. A related experimental system is designed and developed by using multi-resolution data of DEM in the global Earth or some China local areas. The project is hope to establish a seamless and completely simplified model of the global terrain from the underlying data model and data structure, and provide a new method for supporting efficient global spatial analysis and data updating.

基于传统树结构的多尺度DEM表达模型，不可避免在相邻不同分辨率DEM格网之间产生裂缝，裂缝消除方法复杂、计算量大，同时导致地形不完全简化，这些问题不仅影响场景漫游流畅度，更会降低全球空间分析能力和数据更新效率。因此，需要研究新的理论和数据结构，为多分辨率DEM模型在全球问题分析中的应用提供技术支持。本项目引入组合映射理论，从底层数据结构层面研究全球地形完全简化无缝模型，主要内容包括：基于组合映射的全球地形完全简化无缝模型、完全简化模型结合基于菱形块的LOD技术、基于完全简化无缝模型的全球水淹模拟与数据更新机制，并应用全球和我国部分地区地形数据，设计和开发相应的实验。本项目的研究有望从底层格网剖分结构层面建立全球多分辨率地形完全简化无缝模型，为全球多尺度空间数据快速更新与高效空间分析提供一种新的有效的理论方法。

随着空间数据采集技术的飞速发展和全球经济一体化的不断深入，许多应用领域越来越频繁地使用大范围（甚至全球）高分辨率地形数据进行分析决策。但是，由于受当前的计算机硬件限制，为了提高显示效率并实现DEM数据的无缝绘制和渲染，就需要在保证地形精度的前提下进行DEM格网简化，即构建多分辨率 DEM表达模型。.以传统四叉树结构或二叉树结构作为多分辨率格网的剖分结构，不可避免在相邻不同分辨率DEM格网之间产生裂缝，而目前的裂缝消除方法大都属于“后期处理”，且这些方法会带来新问题，如地形失真、计算量大、破坏细分准则、地形简化算法复杂化、数据管理复杂等等。多分辨率半边结构在实现格网多分辨率剖分时，直接对边管理，可以实现边、面同步剖分。本项目提出一种基于多分辨率半边结构的多分辨率DEM无缝表达方法，从前期的格网剖分结构层面消除地形多分辨率表达中的裂缝问题。.本项目研究了基于组合映射的全球地形完全简化无缝模型、完全简化模型结合基于菱形块的LOD技术、基于完全简化无缝模型的数据更新机制，并应用全球和我国部分地区地形数据，设计和开发相应的实验。首先，本项目给出了基于多分辨率半边的多种全球离散格网统一表达原理；以球面菱形格网为例，提出了菱形格网的多分辨率半边剖分、编码、编码坐标与经纬度坐标之间的转化和全球菱形格网点高程值获取等方法；设计并实现了全球多分辨率DEM无缝建模算法。然后，本项目提出了块间裂缝的消除方法，包括块边界结点、极点结点和块顶点处结点；然后，对全球地形数据进行分块组织，基于块构建多分辨率半边结构，并应用动态调度方法，实现了全球多分辨率地形的动态LOD无缝表达。多分辨率半边结构可以保证块内无缝细分，块间裂缝的消除比传统方法简单；块内简化依据地形起伏，不存在数据冗余；不涉及块间高程点的调整，地形无失真。本项目为全球多分辨率地形无缝建模、全球多尺度空间数据更新与空间分析提供有效的理论方法支撑。