三維電子地圖的可視化技術(shù)

三維電子地圖的可視化技術(shù)目錄CONTENTS二、三維場景可視化技術(shù)一、工具軟件及功能介紹一、工具軟件及功能介紹OpenGL是一個開放標(biāo)準(zhǔn)三維圖形應(yīng)用程序編程接口（API），是在SGI等多家世界聞名的計算機(jī)公司的倡導(dǎo)下，以SGI的GL三維圖形庫為基礎(chǔ)制定的一個通用共享的開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，微軟、SGI、IBM、SUN等公司都支持OpenGL標(biāo)準(zhǔn)。許多軟件廠商紛紛以O(shè)penGL為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)，比如仿真軟件OpenInventor、VR軟件WorldToolKit等。OpenGL是一套C風(fēng)格的API，獨(dú)立于任何的窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以它為基礎(chǔ)開發(fā)的應(yīng)用程序可以在不同平臺之間方便地移植。OpenGL是一個用于渲染2D、3D矢量圖形的跨語言、跨平臺的應(yīng)用程序編程接口（API）。這個接口由近350個不同的函數(shù)調(diào)用組成，用來繪制從簡單的圖形比特到復(fù)雜的三維景象。OpenGL常用于CAD、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)可視化程序和電子游戲開發(fā)。工具軟件及功能介紹OpenGL的主要功能：1、幾何繪制。OpenGL圖形庫提供基本的點(diǎn)、線、三角面片等繪制函數(shù),還提供了復(fù)雜的三維物體（球、錐、多面體）以及復(fù)雜的曲線和曲面（Bezier、Nurbs曲線或者曲面）的繪制函數(shù)。2、坐標(biāo)變換。OpenGL的圖形庫支持的變換包括基本變換和投影變換?；咀儞Q有平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等。投影變換支持平行投影和透視投影。3、顏色支持。支持RGBA顏色模式和顏色索引模式。4、光照和材質(zhì)支持。OpenGL的光照有輻射光、環(huán)境光、漫反射光，材質(zhì)是用光照反射率來表示。場景中物體最終反映到人眼的顏色是光的紅、綠、藍(lán)分量與材質(zhì)紅、綠、藍(lán)分量的發(fā)射率相乘后形成的顏色。工具軟件及功能介紹OpenGL的主要功能：5、紋理影射。利用OpenGL紋理影射的功能可以將圖像通過紋理坐標(biāo),影射到一個表面上。6、圖像增強(qiáng)。提供融合、反走樣和霧化等效果處理。7、雙緩存動畫。雙緩存包括兩個緩存，一個緩存計算場景，生成畫面，另一個緩存提交視頻顯示。8、交互技術(shù)∶主要是提供三種工作模式∶繪圖模式、選擇模式和反饋模式。繪圖模式完成場景的繪制，可以借助物體的幾何參數(shù)及運(yùn)動控制參數(shù)、場景的觀察參數(shù)、光照參數(shù)和材質(zhì)參數(shù)、紋理參數(shù)、OpenGL函數(shù)的眾多常量控制參數(shù)、時間參數(shù)等和Windows對話框、菜單、外部設(shè)備等構(gòu)成實(shí)時交互的程序系統(tǒng)。在選擇模式下，則可以對物體進(jìn)行命名，選擇命名的物體，控制對命名的物體的繪制。而反饋模式則給程序設(shè)計提供了程序運(yùn)行的信息，這些信息也可反饋給用戶，告訴用戶程序的運(yùn)行狀況和監(jiān)視程序的運(yùn)行進(jìn)程。9、其它∶利用OpenGL還能實(shí)現(xiàn)深度暗示（DepthCue）、運(yùn)動模糊（MotionBlur）等特殊效果。工具軟件及功能介紹OpenGL圖形操作步驟：1、設(shè)置像素格式：主要包括建立OpenGL繪制風(fēng)格、顏色模式、顏色位數(shù)、深度位數(shù)等;2、建立模型：建立三維模型;3、舞臺布景：如何把景物放置在三維空間的適當(dāng)位置，設(shè)置三維透視視覺體以觀察場景;4、效果處理：設(shè)置物體的材質(zhì)（顏色、光學(xué)性能及紋理映射等）加入光照及光照條件;5、光柵化：把景物及其顏色信息轉(zhuǎn)化為可在計算機(jī)上顯示的像素信息。工具軟件及功能介紹二、三維場景可視化技術(shù)三維場景可視化技術(shù)一、項(xiàng)目概況三維電子地圖可視化常用的技術(shù)分為以下三種：1.多細(xì)節(jié)層次（LOD）技術(shù)LOD技術(shù)在不影響畫面視覺效果的條件下，通過逐次簡化景物的表面細(xì)節(jié)來減少場景的幾何復(fù)雜性,從而提高繪制算法的效率。該技術(shù)通常對每一原始多面體模型建立幾個不同逼近精度的幾何模型。三維場景可視化技術(shù)一、項(xiàng)目概況2.獨(dú)立地物三維快速建模很多情況下，采集整個目標(biāo)范圍內(nèi)的地物對象的三維模型是不現(xiàn)實(shí)的，三維電子地圖中的很多地物模型其實(shí)可以通過二維對象自動地生成，雖然結(jié)果比較粗糙，但是在大范圍的場景顯示中是很實(shí)用的。可以對二維對象屬性信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展，對于房屋，可對其增加高度屬性，從而能夠?qū)ο筮M(jìn)行三維表達(dá)。對于目前較為流行的場景建模平臺3DSTUDIOMAX、Multigen等軟件，我們可以利用多邊形進(jìn)行近似建模，通過特定的模型接口無縫地把外界建模的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到場景中，從而解決在虛擬場景下復(fù)雜對象的建模。三維對象快速建模二維對象到三維對象的擴(kuò)展實(shí)例三維場景可視化技術(shù)一、項(xiàng)目概況3.植被建模（1）基于規(guī)則幾何體的植物三維建模在這個模型中的每株樹木都用一個簡單的圓錐體表示，圓錐的高與直徑分別與樹高和冠幅成比例。利用計算機(jī)圖形學(xué)中三維造型的方法，只要給出每株林木的x、y坐標(biāo)和它們的樹高、冠幅,就可以在計算機(jī)屏幕上自動生成這樣一個能反映樹木三維空間關(guān)系的圖像。三維場景可視化技術(shù)一、項(xiàng)目概況（2）基于分形理論的樹木三維建模植物結(jié)構(gòu)分形模擬的方法很多，可以產(chǎn)生各種類型的分形集，其中應(yīng)用最為廣泛的是L-系統(tǒng)。利用L-系統(tǒng)，只要用少量的語句就可以產(chǎn)生非常復(fù)雜的植物圖形。L-系統(tǒng)既可以非常簡單，也可以非常復(fù)雜地去模擬樹木的不同形態(tài)。利用分形技術(shù)生成的三維樹，在空間維數(shù)上是三維的，在種類形態(tài)、大小上多種多樣，同時具有空間三維的可量測性、可容納性，但是它需要大量的多邊形來表達(dá)，當(dāng)這種分維樹大量存在時，會對虛擬場景的實(shí)時顯示和計算帶來不利的影響。三維場景可視化技術(shù)一、項(xiàng)目概況（3）基于圖像的方法基于圖像的基本方法就是通過使用單張經(jīng)過處理的真實(shí)樹木的照片，將其映射到一個多邊形上，在虛擬環(huán)境中，根據(jù)視點(diǎn)的變化，對該多邊形進(jìn)行繞某一軸線轉(zhuǎn)動，來進(jìn)行樹木的三維建模。其過程包括以下幾部分。a、獲取樹木的真實(shí)圖像。對要建模的樹種，首先拍攝一張真實(shí)的樹木照片。主要的處理工作是,對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)使樹木的樹干盡量呈垂直方向，另外就是用圖像處理軟件，比如Photoshop,將圖像周圍的顏色進(jìn)行處理，使樹木周圍的顏色和背景一致，從而得到一幅背景透明的圖像。b、建立空間交叉多邊形。假如知道每株樹的坐標(biāo)位置、樹高、冠幅，并設(shè)原型木的樹高和冠幅分別為平均樹高和平均冠幅，則可根據(jù)這些數(shù)據(jù)在相應(yīng)位置建立交叉的兩個多邊行，一般來說，是選擇最簡單的空間四邊形來進(jìn)行建模，這樣在后面的紋理映射中便可以非常簡單地完成。三維場景可視化技術(shù)一、項(xiàng)目概況c、紋理影射。把第一步獲取的真實(shí)圖像，映射到第二步建立的多邊形中，這樣便可以形成非常逼真的三維景觀，從不同的角度觀察均可獲得樹木的較為完整的圖像；但是，可能由于默認(rèn)的多邊形光照效果不能和環(huán)境的光照協(xié)調(diào)，需要進(jìn)行最后一步的設(shè)置。d、設(shè)置光照效果。經(jīng)過上面三步可以把三維植物的模型建立起來，但是為了和外界的環(huán)境光照等條件進(jìn)行融合，必須對第二步生成的多邊形表面光照效果進(jìn)行設(shè)置，使生成的三維樹木的顯示效果更加逼真。三維場景可視化技術(shù)三、電子地圖的性質(zhì)一、項(xiàng)目概況電子地圖將傳統(tǒng)的地圖與當(dāng)代技術(shù)方法結(jié)合起來，產(chǎn)生了新的地圖產(chǎn)品品種，表現(xiàn)在制圖工藝流程、表現(xiàn)形式、地圖介質(zhì)、應(yīng)用方法等諸多方面。電子地圖擁有的優(yōu)勢和特點(diǎn)可以歸納為以下幾個方面：電子地圖的性質(zhì)(1)電子地圖首先是一種模擬地圖產(chǎn)品，它反映了地理信息，同時具有地圖的3個基本特征；(2)電子地圖的數(shù)據(jù)來源是數(shù)字地圖；(3)電子地圖的采集、設(shè)計等都是在計算機(jī)平臺環(huán)境下實(shí)施的