基于OpenGL的三維地形圖顯示方法和應(yīng)用

1、收稿日期20050728基金項目中國石油天然氣集團(tuán)公司石油科技中青年創(chuàng)新基金項目(05E7046 。 作者簡介1979 , 男, 2001, 碩士生, 基于OpenGL 的三維地形圖顯示方法和應(yīng)用郭立波(長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 湖北荊州434023 趙海燕(北京聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院, 北京100724 王新海 (長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 湖北荊州434023摘要為了實現(xiàn)有真實感的三維地形圖, 討論了在O penGL 支持下的編程原理和步驟, 以及如何利用OpenG L 函數(shù)庫實現(xiàn)三維地形圖的顯示, 并在V C 610環(huán)境下得到實現(xiàn)。關(guān)鍵詞O penGL ; 三維; 地形圖; 映射; 投影中圖分類

2、號T E19文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號10009752(2005 05058502在三維繪圖蓬勃發(fā)展的過程中, 計算機(jī)公司推出了大量的三維繪圖軟件包。其中SGI 公司推出的OpenGL, 作為一個性能優(yōu)越的圖形應(yīng)用程序設(shè)計界面(API 異軍突起, 取得了很大的成就。它以高圖1 OpenGL 進(jìn)行地形顯示的基本框架性能的交互式三維圖形建模能力和易于編程開發(fā), 得到了Microsoft, IBM, DEC , Sun,HP 等大公司的認(rèn)同。因此, OpenGL 已經(jīng)成為一種三維圖形開發(fā)標(biāo)準(zhǔn), 是從事三維圖形開發(fā)工作的必要工具1?；贠penGL 可以很方便地實現(xiàn)地形三維透視投影變換, 建立光照模型,

3、以及消隱和裁剪, 最終實現(xiàn)地形圖的三維顯示(圖1 。1 地形模型的映射地形模型的映射實際上是一個轉(zhuǎn)化過程,是把數(shù)字高程模型轉(zhuǎn)化成為OpenGL 的基本格式。目前數(shù)字高程模式的表達(dá)主要有3種:不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN , 規(guī)則格網(wǎng)(GRID 和等值線。前面2種是應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)形式。但是這些結(jié)構(gòu)形式OpenGL 本身是不能識別的, 所以首先要把DEM 用OpenGL 原語描述出來, 轉(zhuǎn)化成OpenGL 可以識別的圖形函數(shù)。OpenGL 本身提供了點(diǎn)、線、多邊形等基本的建模原語, 利用這些原語還可以把地形模型數(shù)據(jù)表示成點(diǎn)形的、線形的以及多邊形的原語序列。三角形是最小的圖形基元, 基于三角形面片的各種幾

4、何算法最簡單、最可靠, 構(gòu)成的系統(tǒng)性能最優(yōu)。另外, 由于OpenGL 只能夠處理凸多邊形, 因此, 選用三角形來構(gòu)造地面模型2。下面是對于不規(guī)則三角網(wǎng)(T IN 表達(dá)的數(shù)據(jù)直接用OpenGL 原語的描述:glBejin (GL 1TRIA NGLES ;glVertex (x 1, y 1, z 1 ; glVertes (x 2, y 2, z 2 ; g lVertes (x 3, y 3, z 3 ;glEnd ( ;2 三維真實感地形的生成在OpenGL 環(huán)境下, 經(jīng)過一系列的變換以及光照處理, 濃淡陰影處理, 就可以生成具有真實感的三維地形。在用OpenGL 繪制三維地形模型和進(jìn)行紋

5、理映射前, 需要設(shè)置相關(guān)的景觀參數(shù)值。這些參數(shù)#585#石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報 2005年10月 第27卷 第5期Journal of Oil and Gas Technology (J 1JPI Oct 12005 Vol 127 No 15包括光源性質(zhì)(鏡射光、漫射光和環(huán)境光 、光源方位(距離和方向 、顏色模式(索引或RGBA 、明暗處理方式(平緩處理或平面處理 、紋理映射方式等等。此外, 還要設(shè)定視點(diǎn)位置和視線方向3。地形圖是采用DEM 數(shù)據(jù)生成的, DEM 數(shù)據(jù)用一系列等間距的地形高程值來表示, 代表一塊方形網(wǎng)格地形, 網(wǎng)格交叉點(diǎn)就是對應(yīng)地面某點(diǎn)的高程值。各點(diǎn)的X , Y 值

6、可從方形區(qū)域的行列號和間距值中推算出來。遙感圖像是對地面景象的一種真實記錄, 所含的信息量豐富、現(xiàn)勢性好。因此, 采用紋理映射算法將遙感圖像映射到三維地形表面, 將產(chǎn)生與實地一致的紋理特征。在OpenGL 環(huán)境下遙感圖像和數(shù)字地形相套合時, 地形與遙感影像的配合是關(guān)鍵。為了獲取較為逼真的視覺效果, 配準(zhǔn)方案可采取數(shù)字地形向遙感圖像配準(zhǔn), 通過控制點(diǎn), 建立匹配方案, 將數(shù)字地形由大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到影像坐標(biāo)系中。另一配準(zhǔn)方案是將遙感影像經(jīng)重采樣等處理獲得和數(shù)字地形相應(yīng)的新影像, 此方案不足之處是重采樣處理中顏色量化可能失真, 影響最后的三維效果, 但影像的生成速度較快。通常, 為了避免紋理映射復(fù)雜的

7、紋理坐標(biāo)計算, 提高紋理映射的計算速度和效率, 直接采用經(jīng)過微分糾正的正射影像作為紋理影像, 地面坐標(biāo)和紋理坐標(biāo)間的對應(yīng)關(guān)系變得十分簡單。OpenGL 進(jìn)行紋理映射的基本步驟是:定義紋理, 紋理控制, 說明紋理的隱映射方式和定義三維模型頂點(diǎn)的紋理坐標(biāo)與幾何坐標(biāo), 繪制場景。此外, 三維地形要適當(dāng)?shù)娘@示出來, 還要進(jìn)行投影變換和視口變換。投影變換是生成三維模型的重要基礎(chǔ), 一般分為透視投影和正射投影, 投影的方式選擇顯示的內(nèi)容和用途。視口是指計算機(jī)屏幕中的矩形區(qū)域, 視口變換的目的是將三維空間坐標(biāo)映射為計算機(jī)屏幕上的二維平面坐標(biāo)2。在V C 編輯器下引用OpenGL 函數(shù)庫需要進(jìn)行以下設(shè)置:進(jìn)入

8、Pro ject 菜單, 選擇Setting 項, 彈出Pro ject Setting 對話框, 選擇Link 項, 在Libaray 欄目中加入OpenGL 提供的函數(shù)庫:/o peng l321lib glu321lib glaux 1lib 0。注意:在執(zhí)行時, Windo w s 的system 目錄下要包含o peng l321dll 和g lu321dll 兩個動態(tài)連接庫。經(jīng)過上面一系列的處理和變換, 一個有真實感的三維地形景觀圖便顯示出來, 如圖2 所示。圖2 基于OpenGL 繪制的三維地形圖架3 結(jié) 論用OpenGL 建立三維地形模型的基本過程, 包括了地形數(shù)據(jù)的讀取和模型

9、的建立以及地貌圖片的輸入和地形模型的顯示, 若需建立更為光滑的三維地形, 還需考慮計算頂點(diǎn)和三角面的法向矢量。另外, 還可加入飛行、旋轉(zhuǎn)等控制功能, 使得三維地形圖的顯示得到更大的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1白燕斌, 史惠康1Op enGL 三維圖形庫編程指南M 1北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 199812劉敏鶯, 黃文騫1基于OpenGL 的地形三維可視化J 1海洋測繪, 2002, 22(2 :262913李芳玉, 陳傳波, 鐘寶榮1基于OpenGL 的地層模型三維可視化圖形顯示方法J1江漢石油學(xué)院學(xué)報, 2001, 23(1 :20211編輯 蕭 雨#586# 石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報 2005年

10、10月reservo ir phy sical properties and guidance can be provided for the reservoir stim ulation 1It is used in 4reservoirs, the results show that the classification method is feasible 1Key words:matter -elem ent analy sis; Euclid closeness deg ree; reser voir descr iption; classification; fuzzy mathe

11、matics563The C haracteristics of Reservoir Distribtution in Guantao Formation of Guanyi Area ofShugu ang OilfieldYANG Shen -g u, LI Shi -x iong , H E You -bin (Yang tz e Univ e rsity , Jing z hou 434023Abstract:Reservo ir in Guantao Form ation of Guanyi area is a super -viscous o il r eser voir deve

12、loped in g lutenite reservo ir s of Guantao Formation, w hich is elliptic and long lanticular reservo ir w ith top sw ell and low er concave w itho ut unified o i-l w ater interface and obvious caprocks 1Oil viscosity is high, its co nsistency is big and co ndensate point is low in the upper area co

13、 ntacting w ith fo rmatio n w ater, w hile in the reservo ir, oil visco sity and consistency are relatively low , condensate point is relativ ely high 1It is distr ibuted at both sides o f a fault and over the corrosive w indow o f Xing long tai reservo ir the po sitions o f Xing longtai oil source

14、determ ines that it is directly contacted w ith the res -er voir w her e it is distributed 1It is co nsidered fr om the analysis of reservoir space distributio n and oil phy sical pr operty that the major causes that co ntrols the r eserv oir are the position, hig h oil density, high viscosity and h

15、ig h condensate point, by w hich the oil mig ration and accum ulation are controlled and not beneficial for oil migration, w hile beneficial fo r oil accumulation because o f its self co ndensa -tio n and traps 1Key words:Shuguang Oilfield; Guantao Fo rmation; heav y o il reservo ir ; g lutenite; re

16、servoir 574Simulation Test for Biodegradation of C rude OilNI Chu n -hua , BAO Jian -ping , ZH U Cui -shan , ZHU Jun -zha ng , YI Shao-jin (Yang tz e Univ er sity , Jing zh ou 434023Abstract:The cr ude o il fro m Well BZ36-2-1and Well PL14-3-1in Bo zhong Depression is selected for a biodegr adation

17、test of crude oil 1T he result show s that orig inal chem ical com po sitio n has obvious influence on the pro gress o f the biodeg radation, the biodegr adation rate of oil w ith hig h paraffin se -ries concentration is low er than that of hig h paraffin one 1Under the pro per conditio ns, the spee

18、d o f bacteria on crude o il improvement is tremendous 1It has great sig nificance fo r reducing the influence on environment fro m surface leaked oil and improving the properties of hig h -w ax and hig h -conden -sate oil 1Key words:biodeg radatio n; bacteria; paraffin series; crude oil simulation test585Method and Application of 3Dimensional Land Map Display Based on OpenGLGUO Li -