velikost textu

Feature-based multi-resolution topography

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Feature-based multi-resolution topography
Název v češtině:
Víceměřítková reprezentace topografického povrchu založená na geoprvcích
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Lukáš Brůha, Ph.D.
Školitel:
Ing. Tomáš Bayer, Ph.D.
Oponenti:
doc. Lars Bodum, Ph.D.
prof. Temenoujka Bandrova, Dr.
Id práce:
89851
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra aplikované geoinformatiky a kartografie (31-370)
Program studia:
Kartografie, geoinformatika a dálkový průzkum Země (P1310)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
14. 9. 2016
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Abstrakt:
Abstrakt Datové reprezentace topografického povrchu ve třídimenzionálním (3D) prostoru jsou důležitým nástrojem v plánování, stavebním inženýrství či mapování. Množství nejnovějších reprezentací povrchu poskytlo grafický 3D model celé planety. Existující 3D řešení nicméně postrádají flexibilitu a přesnost na hranicích s modely jiných ge- ografických objektů. Většina současných přístupů k digitálním modelům Země se zamě- řuje na rychlost vizualizace. Vysoký vizuální výkon je dosahován užitím speciálních, za tímto účelem navržených datových struktur, které jsou optimalizovány na vykreslení grafické scény. Takováto optimalizace jedním směrem ovšem brání efektivní správě prostorových dat, jejich analýze a distribuci. Proto předkládané řešení zohledňuje četné požadavky takovýchto geo-informačních systémů s globálním prostorovým pokrytím. Kromě nutnosti vysokého výkonu vizual- izace dat jsou zohledněny požadavky na interoperabilitu dat, řízení správy dat a jejich distribuce, analýzu dat a podporu více úrovní rozlišení. Topografický povrch má v navrhované metodě klíčovou, sjednocující roli. Všechny ostatní prostorové objekty jsou k němu georeferencovány. Z tohoto důvodu dizertační práce představuje novou datovou reprezentaci topografického povrchu s podporou více- úrovňověho rozlišení. Tato reprezentace je aplikovatelná globálně okolo sféry, umožnuje integrovat model terénu a prostorové objekty k němu vztažené a podporuje víceúrovňové rozlišení jak terénu, tak i těchto objektů. Řešení víceúrovňové reprezentace objektů vychází z konceptu ”otisku” geometrie modelu objektu na model terénu, tedy geometrie obrysu jejich prostorového průniku. Využití tohoto přístupu umožnuje vyhnout se strukturální složitosti ryzích 3D řešení, avšak současně umožňuje integraci s modely vytvořenými plně ve 3D (objemovými modely) tehdy, kdy se takovému řešení nelze vyhnout. Tato práce rozšiřuje exis- tující přístupy, využívající tento koncept, poskytnutím podpory pro víceměřítkovou reprezentaci otisku. V důsledku tak umožňuje reprezentovat jeho geometrii v rekon- struované grafické scéně s různou úrovní detailu podél jeho průběhu. Součástí řešení je i metoda analýzy geometrie a vybraných atributů obrysů objektů tak, aby byla umožněna další manipulace s objekty pocházejícími z různých zdrojů, vytvořených různými autory. Následující krok navržené metody představuje algoritmus pro zjednodušování ge- ometrie vstupní množiny obrysů. Algoritmus vytváří databázi geometrií s více úrovněmi rozlišení. Charakter výsledné databáze je takový, že grafická scéna rekonstruovaná na základě této databáze zachovává topologické vztahy mezi objekty. To je zajištěno na všech úrovních rozlišení, které jsou v takové scéně znázorněny, a to pro libovolnou pozici pozorovatele, pro kterou je databáze dotazována a vůči které je scéna vykreslena. Topologické vztahy mezi geometriemi objektů a terénu jsou klíčové pro řadu pros- torových analýz, ale mnohdy i pro kvalitu výsledné vizualizace. Tato práce proto navrhuje dvě metody, které umožňují zohlednit při procesu generalizace objektů charak- ter okolního terénu. Nadto je popsán postup extrakce důležitých prvků terénu, které popisují jeho morfologii, a funkčnost vybrané metody extrakce je rozšířena pro účely této práce. Na příkladu takto získané strukturní sítě je ukázán postup, umožňující zachování důležitých prvků terénu na nižších úrovních rozlišení, tedy i v částech scény se zjednodušenou geometrií a na hranicích mezi úrovněmi rozlišení. Dizertační práce pro účely indexování prostoru a tvorby prostorové databáze adap- tuje mechanismus pro globální indexování (GIG). Na základě této metody indexace je možné pro libovolnou pozici pozorovatele ve 3D virtuální scéně definovat úroveň rozlišení aktuálně viditelných objektů a terénu. vi
Abstract v angličtině:
Abstract A three-dimensional (3D) representation of the topographic surface is an important element in planning, civil engineering and mapping. Many state-of-the-art representa- tions provided graphical, 3D model of entire planet. However, the existing solutions to 3D topographic surface lack the geometric flexibility and accuracy on boundaries with models of other geographic features. Most of the contemporary approaches to digital Earth solutions focus on the visualization performance. The high visual performance is achieved by the use of special data structures optimized for rendering. However, this optimization towards visualization hampers the data management of spatial data, their analysis and distribution. Therefore, the introduced solution reflects on multiple requirements of digital Earth systems. In addition to the visualization performance, the requirements regarding data interoperability, data management and distribution, data analysis and the multiple level of detail (LOD) are considered as essential for the design of the new solution. The topographic surface is central to the proposed method. It provides the defining surface in terms of which other features can be geographically referenced to. Therefore, this work introduces a new, more functional data representation of multi-resolution topographic surface. This representation is globally applicable, allows to populate the terrain surface with new geographic features and supports the multiple LOD of both features and terrain. The presented solution to representation of spatial features for multiple LOD envi- ronment is rooted in the concept of footprint. Exploitation of this concept alleviates from the structural complexity of pure 3D solutions, however, it also supports the ex- tension to true 3D, when needed. This work extends the existing usage of footprints by providing support for multi-resolution representation. Consequently, the footprint can be represented with variable resolution along its course in the reconstructed graphic scene. In a pursuit of interoperability, the method for footprint analysis is developed to deal with features originating from disparate data sources. Thereafter, the algo- rithm for simultaneous simplification of a set of footprints is proposed. It is designed to build the multiple LOD database of features in such a manner, that the topological relations between features are preserved in the multiple LOD environment, which is reconstructed on its grounds. Since the topological relation between the feature and terrain is essential for many geo-spatial analyses, this thesis proposes two methods to carry out the generalization of distinct spatial features with respect to the geometry of terrain. It is also shown, how the important morphological structure of the terrain can be obtained and subsequently preserved on coarser levels of resolution. The method introduced in this thesis employs the Global Indexing Grid (GIG) as an indexing and paging mechanism. GIG determines for any position of the observer within the 3D virtual environment the position-dependent LOD of currently visible features and underlying terrain.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Lukáš Brůha, Ph.D. 5.68 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Lukáš Brůha, Ph.D. 24 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Lukáš Brůha, Ph.D. 20 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Lukáš Brůha, Ph.D. 251 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. Lars Bodum, Ph.D. 58 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. Temenoujka Bandrova, Dr. 377 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 567 kB