基于MultiGen的三維大面積地形場景可視化研究

1、基于MultiGen的三維大面積地形場景可視化研究摘要地形三維可視化技能比年來不停是相干范疇的熱門研究題目。大場景地形的數(shù)據(jù)量極其宏大，又盼望到達一個較好的可視化結(jié)果，提出了一種基于ultiGen的大面積地形三維可視化仿真體系建模、辦理和動態(tài)調(diào)理的實現(xiàn)要領(lǐng)，較好地辦理了圖像的傳神度和及時性之間的抵牾。末了基于Vega實現(xiàn)了大面積地形場景的可視化，滿意了體系的真實性和可行性的要求。關(guān)鍵詞大面積地形場景;Vega;可視化1弁言地形三維可視化技能比年來不停是相干范疇的熱門研究題目。但地形高程數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)非常宏大，超出了一樣平常圖形體系的及時渲染和內(nèi)存辦理本領(lǐng)。特殊是大場景地形的數(shù)據(jù)量極其宏大，乃至

2、可以說是無窮的，又盼望到達一個較好的可視化結(jié)果，就需對建模和及時表現(xiàn)提出較高的要求。本文以ultiGenreatr與Vega為底子?xùn)|西，從實現(xiàn)大面積場景地形可視化的根本步調(diào)動手，探究此中的幾個關(guān)鍵技能題目，包羅：技能的應(yīng)用、地面模子數(shù)據(jù)布局的構(gòu)造、紋理數(shù)據(jù)的構(gòu)造，然后結(jié)合Vega視景渲染引擎以塊為單位舉行及時調(diào)理和渲染,末了先容地形三維可視化的試驗環(huán)境。2大面積三維地形模子的構(gòu)建用于地形三維表現(xiàn)的數(shù)據(jù)根據(jù)其成效被分別為地形數(shù)據(jù)、文化特性數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)。構(gòu)建三維地形模子的一樣平常歷程是利用地形數(shù)據(jù)(通常是數(shù)字高程模子DE)創(chuàng)立三維數(shù)字地形，貼上紋理數(shù)據(jù)(通常是數(shù)字正拍照像圖D)，末了將文化特性數(shù)

3、據(jù)(DLG中的種種地形特性點和線矢量數(shù)據(jù)、種種地形要素的矢量數(shù)據(jù)等)投影到天生的三維地形上。圖1展示了構(gòu)建三維地形模子的一樣平常歷程。圖1展示了構(gòu)建三維地形模子的一樣平常歷程地形數(shù)據(jù)支解和創(chuàng)立LD是構(gòu)建大范圍地形周游體系的有用要領(lǐng)，可大大淘汰所要處置懲罰的數(shù)據(jù)量。這些技能被普及利用，但同時出現(xiàn)很多新的題目必要辦理，如支解后地形的無縫拼接、紋理坐標(biāo)的設(shè)置等。本節(jié)將細致地闡述我們實現(xiàn)這些技能息爭決所出現(xiàn)題目的詳細要領(lǐng)。21數(shù)據(jù)的支解1)地形數(shù)據(jù)的支解大范圍的地形大概覆蓋幾百平方公里，三角形的數(shù)量可達數(shù)億個，因此不成能將全部的數(shù)據(jù)一次性地調(diào)入內(nèi)存，而是將整個地形分為很多個子塊，根據(jù)可視范疇和當(dāng)前的視

4、點參數(shù)對子塊舉行換頁操縱，包管流通的表現(xiàn)。原始的整塊大地形數(shù)據(jù)通常是矩形的，可將其分別為巨細雷同的行n列，每個子塊定名為R。l(i，j別離為該子塊地點的行和列)，左下角為第0行第0列。對付最右側(cè)和最上側(cè)不滿意巨細雷同要求的塊，對很多據(jù)地區(qū)接納無效值添補。圖2全局坐標(biāo)系與局部坐標(biāo)系為包管在繪制時能將每一個子塊放到準(zhǔn)確的位置，從而組成一個完備的大地形，在塊與塊之間不出現(xiàn)縫隙，我們引入了全局坐標(biāo)系和局部坐標(biāo)系。以支解前的整塊地形的左下角為原點，向右為x軸，向上為y軸，z軸與x、y軸組成右手坐標(biāo)系(見圖2)。盤算每個子塊的中央并以其為原點組成該子塊的局部坐標(biāo)系，那么每個局部坐標(biāo)系的原點在全局坐標(biāo)系中的

5、坐標(biāo)便是該子塊的相對偏移量。如許，在繪制時只要重構(gòu)坐標(biāo)系就可包管全部地形塊的無縫拼接。2)紋理數(shù)據(jù)的支解紋理數(shù)據(jù)對天生地形的真實感起著緊張的作用。大范疇地形的紋理數(shù)據(jù)非常宏大，有用的辦理與調(diào)理便顯得非常緊張。通用的要領(lǐng)是把宏大的紋理圖像按地區(qū)支解為多個巨細差異或勻稱的小塊。這種要領(lǐng)簡樸易行，因此被普及應(yīng)用。紋理可支解成與地形塊相對應(yīng)的紋理塊，一個地形塊可對應(yīng)一塊或多塊紋理。ultigenreatr也支持多塊地形對應(yīng)一塊紋理，大概地形塊與紋理塊間不規(guī)矩的對應(yīng)干系，但創(chuàng)立這種對應(yīng)干系后在體系運行時會造成空間的白費。由于在可視范疇的邊沿每每不必要表現(xiàn)一塊紋理對應(yīng)的全部地形塊，但整塊紋理都要被調(diào)入內(nèi)存

6、。支解后的紋理要留意其紋理坐標(biāo)的設(shè)置。對付未支解的紋理，D文件中有其左下角的橫坐標(biāo)Xr和縱坐標(biāo)Y，該坐標(biāo)與地形是相匹配的。那么紋理圖像中恣意像素的紋理坐標(biāo)為：X=Xr+i*DrY=Y+j*Di，j為該像素對付左下角的行數(shù)和列數(shù)，Dr，D別離為紋理圖像在橫向和縱向上的區(qū)分率。22建模的要領(lǐng)與原那么布局一個地形模子的多區(qū)分率表現(xiàn)模子，起首要確定建模要領(lǐng)。構(gòu)建地形模子的原始數(shù)據(jù)是一組地表高程采樣點，以此為輸入，顛末某種數(shù)學(xué)算法的處置懲罰，得到一個表現(xiàn)地表多少外形的模子這一歷程就是地形的建模歷程。當(dāng)前盤算機技能中多少體是以單個三角片組成的格網(wǎng)外貌來表現(xiàn)的，與此相順應(yīng)，地形建模也就是反響地形外貌的多少形

7、態(tài)的格網(wǎng)的構(gòu)建歷程。傳統(tǒng)的建模要領(lǐng)可分別為兩大類：規(guī)矩三角網(wǎng)要領(lǐng)，即GRID要領(lǐng)，或稱為方格網(wǎng)要領(lǐng)，規(guī)矩三角網(wǎng)要領(lǐng)即TIN要領(lǐng)，也稱三角網(wǎng)要領(lǐng)。兩種要領(lǐng)都具有各自的特點：方格網(wǎng)的建模要領(lǐng)接納的是一種在格網(wǎng)點上對格網(wǎng)四周采樣點根據(jù)間隔遠近加權(quán)均勻的頭腦不規(guī)矩三角網(wǎng)接納的是一種“原汁原味的要領(lǐng)它險些完備地保存原始數(shù)據(jù)根據(jù)某種原那么(Delaunny)將采樣點直接連成網(wǎng)，創(chuàng)立起模子。因此兩者在數(shù)據(jù)布局和算法宏大性等方面都有很大的差異。在選擇建模要領(lǐng)時，我們重要思量了以下三個題目：(1)模子準(zhǔn)確度的題目。當(dāng)模子對準(zhǔn)確度要求不高的時間，應(yīng)更多地利用方格網(wǎng)模子，以充實利用其算法相對簡樸、模子范例的特點。不

8、然就要應(yīng)用不規(guī)矩三角網(wǎng)，其最大的長處是：在采樣數(shù)據(jù)麋集、并漫衍公正的條件之下可以或許準(zhǔn)確地再現(xiàn)地形。三角網(wǎng)辦理的題目，實在是要做到“真，迫近實際地形，但條件是信息量充足多。(2)多區(qū)分率表現(xiàn)題目。依靠于差異的數(shù)據(jù)布局，兩種建模要領(lǐng)中LD算法截然差異。方格網(wǎng)數(shù)據(jù)布局規(guī)整，LD題目的辦理相比擬力輕易；三角網(wǎng)數(shù)據(jù)布局宏大，LD算法也相對宏大化。(3)地物的表現(xiàn)方法。地物種類繁多，各有其差異表現(xiàn)方法。對付依靠于地形模子的地物，如今的環(huán)境都是用紋理來表現(xiàn)。詳細的建模事情重要利用ultiGenreatr。重要有以下幾個步調(diào)如圖3所示。圖3地景的天生流程圖3大面積場景的辦理、調(diào)理Vega也有大地形辦理模塊，

9、但是對付如幾千平方公里的大面積地景大概會支解成成千上萬個*.flt文件，如許處置懲罰起來每每會顯得力有未逮。通常數(shù)字高程模子DE數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)區(qū)分率越高，場景就越真實。但仿真地區(qū)越大，DE數(shù)據(jù)量也就越大；真實感越高，必要的多邊形就越多；紋理越精致，必要的紋理內(nèi)存就越多。及時處置懲罰這些海量的數(shù)據(jù)就成為了題目的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的要領(lǐng)每每是捐軀真實感來調(diào)換給制速率，難以到達天然環(huán)境三維真實再現(xiàn)的目的.于是基于vega的大地形調(diào)理頭腦，提出了大面積地景辦理與調(diào)理的要領(lǐng)。在對地景舉行處置懲罰的底子上，體系還必要創(chuàng)立子線程對地景庫舉行辦理和動態(tài)調(diào)理，使內(nèi)存中只保存感愛好地區(qū)的*.fst文件。圖4AI

10、組成簡圖在圖4中，表現(xiàn)不雅察者的視線標(biāo)的目的。x-y平面的規(guī)矩長方形代表地形單位，視線的平截頭體與x-y平面交織成的四邊形就是AI。AI內(nèi)的地形單位將被調(diào)入內(nèi)存處置懲罰。圖5地景的動態(tài)調(diào)理流程圖地景庫的動態(tài)調(diào)理歷程如圖5所示，詳細調(diào)理歷程如下：1初始化時，根據(jù)不雅察者的位置，確定感愛好的地區(qū)AI，映射相應(yīng)的*.fst文件。2在不雅察者周游的歷程中，不竭地檢測感愛好的地區(qū)AI是否產(chǎn)生變革，假設(shè)凌駕了某個臨界值，就表白感愛好的地區(qū)產(chǎn)生了變革。3將不再感愛好地區(qū)AI內(nèi)的*.fst文件取消其映射干系，使其從物理內(nèi)存中消散。將新出現(xiàn)的在感愛好地區(qū)范疇內(nèi)的*.fst文件映射到物理內(nèi)存，并且那些不停在感愛好

11、地區(qū)內(nèi)的*.fst文件保存原有映射干系。4當(dāng)新舊*.fst文件的數(shù)據(jù)交融后，照顧主線程。5將不雅察者的初始位置設(shè)置成當(dāng)前位置，回到步調(diào)2，直到退出仿真體系為止。為了實現(xiàn)三維場景的及時周游表現(xiàn)，顛末創(chuàng)立三維地面模子，并映射反響地面景不雅的數(shù)字遙感影像然后利用視景驅(qū)動引擎實現(xiàn)景不雅的周游、恣意欣賞表現(xiàn)。本文的研究試驗接納了多個軟件體系。建模和紋理貼圖是根據(jù)相干的數(shù)據(jù)布局和模子，在假造實際專用建模軟件ultigen-reatr環(huán)境下完成的。視景驅(qū)動引擎是在V60環(huán)境下結(jié)合Vega的函數(shù)庫和penGL函數(shù)庫完成體系的編程、調(diào)試和運行后完成的。視景驅(qū)動引擎一方面完成整個場景中數(shù)據(jù)的分塊調(diào)用處置懲罰，另一

12、方面，是隨著視點的改變，實現(xiàn)地形場景的一連播放表現(xiàn)。圖6為體系運行時的一個場景截圖。圖6體系運行場景4竣事語大范疇、不規(guī)矩三維地形的可視化及實在時表現(xiàn)是一個極富挑釁性的課題，只管前人已做了很多這方面的事情，但真正有用且得當(dāng)大范疇三維地形的可視化及實在時表現(xiàn)的算法還不多。固然三維地形的范疇很大，但在視區(qū)范疇內(nèi)的三維地形是有限的，以是基于視相干的算法是大范疇三維地形可視化及實在時表現(xiàn)的必由之路，本文提出的基于ultiGen的大面積地形三維可視化仿真體系建模、辦理和動態(tài)調(diào)理的實現(xiàn)要領(lǐng)的具有范例、搜刮快的長處，又能得當(dāng)隨著視點的變革而舉行一連、動態(tài)的三維地形的及時表現(xiàn)，以是，它們是一種在三維地形可視化及實在時表現(xiàn)中優(yōu)先思量的要領(lǐng)