泥石流灾害VR场景动态建模与交互查询可视化方法

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1、国内图书分类号：P208密级：公开国际图书分类号：528.9西南交通大学研究生学位论文泥石流灾害VR场景动态建模与交互查询可视化方法年级2015级姓名戴义申请学位级别工学硕士专业测绘科学与技术指导老师朱军教授二零一八年五月ClassifiedIndex:P208U.D.C:528.9SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisVRSCENEDYNAMICMODELINGANDINTERACTIVEINQUIRYVISUALIZATIONMETHODFORDEBRISFLOWDISASTERGrade：2

2、015Candidate：DaiYiAcademicDegreeAppliedfor：MasterSpecialty：GeometricsScienceandTechnologySupervisor：Prof.JunZhuMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要泥石流由于具有流速快、流量大、突发性和破坏力强等特点，严重威胁着人民生命与财产安全。在虚拟地理环境中开展泥石流模拟与可视化分析，对防灾减灾救灾具有重要意义。而现有泥石流模拟可视化存在沉浸式效果差、交互方式单一、操作界面固定等问题，导致用户在进行操作时体验感差、认知效率低。虚拟

3、现实技术（VirtualReality，VR）具有沉浸式可视化效果、灾害场景认知效率高、人机交互自然等特点，已在游戏、教育等领域得到了广泛应用。但VR在面对灾害应急处置应用时仍存在场景动态建模效率低、交互探索分析弱等问题，难以应对复杂多变情景下对灾害场景快速构建与交互探索的需求。因此，本文重点开展泥石流灾害VR场景的动态融合建模与交互分析方法研究，论文的主要工作与贡献如下：(1)提出了一种泥石流灾害VR场景的动态融合建模方法。集成整合了泥石流灾害场景相关的地形、影像、模拟分析和其他灾情信息等数据，分别探讨了地形、地物和泥石流场景的动态建模方法，设计

4、了以空间位置、语义信息、属性信息和最佳尺度信息等为约束条件的融合建模规则，进而建立了泥石流灾害VR场景的动态融合建模方法。(2)设计了一种适用于VR环境下的灾害场景交互探索分析模式。探讨了俯视鸟瞰、自动漫游和移动行走等多模式VR场景交互手段；在对众多灾害信息进行优化组织和选择的基础上，突破文字符号增强表达、射线焦点快速获取和沉浸式灾情信息快速表达等关键技术，设计了适用于VR灾害场景的高效交互查询与探索分析模式。(3)研发了原型系统并选择了案例区域开展试验分析。基于Unity3D、VisualStudio2013和HTCVIVE等软硬件设备，研发了泥

5、石流灾害VR场景建模与交互分析原型系统，选择了七盘沟泥石流为典型案例区域，开展了泥石流灾害VR场景动态融合建模、多模式交互和灾情信息查询分析试验。结果表明本文的方法能够有效地支持泥石流灾害VR场景的动态建模与高效探索分析，可为应急救灾人员进行灾害模拟与救援演练提供科学技术支撑。关键词：泥石流灾害；虚拟现实；动态融合建模；优化组织；探索分析西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractDebrisflowhasthecharacteristicsofrapidflow,largeflow,suddenanddestructivepower,a

6、nditseriouslythreatenspeople'slifeandpropertysafety.Debrisflowsimulationandvisualizationanalysisinavirtualgeographicalenvironmentareofgreatsignificancetodisasterpreventionanddisasterrelief.Theexistingvisualizationofdebrisflowsimulationhastheproblemsofpoorimmersiveeffect,single

7、interactionmode,andfixedoperationinterface,whichleadstopooruserexperienceandlowcognitiveefficiency.VirtualReality(VR)hasimmersivevisualeffects,highcognitiveefficiencyofdisasterscenes,andnaturalhuman-computerinteraction.Ithasbeenwidelyusedingamesandeducation.However,inthefaceof

8、disasteremergencyresponseapplications,VRstillhasproblemssucha