可视性,是指观察者视点对其他空间目标点的可见程度,所有可见目标点的集合,构成了当前视点下的可视域。可视域分析是空间分析中不可或缺的内容,也是地理空间认知研究的重要组成部分,被广泛应用于路径规划、导弹突防、景观分析、通讯基站选址等领域。随着测绘技术的不断发展和GIS数据的不断丰富,三维场景日渐复杂,技术发展、分析效果和场景应用的综合需求使得复杂三维场景的快速可视域分析成为当前的研究热点,对提高用户的地理空间环境感知和决策支持能力具有十分重要的意义。传统可视域分析技术在面向复杂三维场景的应用中存在着“不可用、不好用和不敢用”等问题,严重制约可视域分析的实际应用。论文以复杂三维场景对象,以用户“可用、好用、敢用”为目标,研究复杂三维场景的快速可视域分析技术,具有重要的实际应用价值。论文中的“快速”,是指在保证算法精度和结果可信的前提下,进一步提高分析效率,达到人机交互和实时分析的效果。论文主要工作如下:1、针对基于规则格网DEM的传统可视域分析算法XDraw中存在的块失真现象,本文提出一种贡献点筛选的规则格网DEM快速可视域分析方法。论文首先分析了XDraw算法产生块失真的原因,然后通过一种辅助格网结构记录所有对可见性判断产生影响的贡献点,在可见性判断中排除了距离视线过远的贡献点,有效提高了XDraw算法的计算精度。实验表明本算法在保证较快计算速度的同时,错误率比原算法降低了65%。2、针对后处理阴影图算法在可视域分析应用中存在自阴影伪影、爬行伪影和漏光伪影等问题,本文提出一种基于级联阴影图的复杂三维场景快速可视域分析方法。通过构造出多层嵌套的光源视锥,加密了对水平方向三维场景的采样密度;采用基于线性深度的相机视锥设置提高场景的距离分辨率。实验表明本算法有效抑制了自阴影伪影,显著提高了可视域分析精度,同时达到实时交互的计算速度。3、论文设计并实现了基于Cesium平台的复杂三维场景快速可视域分析原型系统,实现了可视域分析算法在三维Web GIS中的示范应用。首先介绍了基于B/S框架的Cesium开源平台架构;然后设计了场景加载、缓存管理、渲染调度等功能模块,构建了复杂三维场景;最后实现了基于贡献点筛选的规则格网DEM快速可视域分析交互应用和基于级联阴影图的复杂三维场景快速可视域分析交互应用。