三维飞行制作

三维飞行制作 ERDAS本文绍了如何利用ERDAS的可视化工具---虚拟地理信息系统VirtualGIS）制作大型多源数据库的三维飞行，并就制作过程中所遇到的关键性问题提出了解决方法。关键词：ERDAS；三维飞行；VirtualGIS；多源数据库1概述随着“3S”技术的发展，三维虚拟现实数据在国民经济各部门中正发挥着越来越重要的作用，特别是对于宏观的决策来说更为重要。前两年我们已制作过全省30米分辨率的三维飞行数据---电子沙盘，该数据显示的效果受到了各界的好评，但是由于所使用的软件对影像数据量和计算机硬件的要求都非常的苛刻，针对浙江全省的分辨率为15米、10米甚至更高分辨率的大型数据库的飞行效果是相当困难的。ERDAS是国内外公认的遥感处理软件中的权威产品，它的三维可视化工具---虚拟地理信息系统（VirtaulGIS）给用户提供了一种对大型多源数据库（栅格、矢量、注记等）进行实时漫游操作的途径，可在三维环境中观察图像或建立贯穿飞行，并可在虚拟的世界信息环境中交互操作，查询检索，通视性分析（Viewshed），威胁分析等。其功能的强大也是目前国内许多的相关软件不能比拟的，特别是对于大型数据库几乎没有太大的限制（可以做TB级的数据）。本次制作的目的是选择一个区域在ERDAS环境下制作分辨率为10米的三维飞行数据，为了尽快地掌握RDAS的操作技术、提高效率及保证制作全省三维数据的顺利进行，作者选择了整个杭州全市作为实验样区，并与读者共同探讨ERDAS的三维技术。2实验区域、数据源2.1实验区域选择具有代表性的杭州市作为实验区域，该区域内有较多的山、河流、水库、平原。2.2数据源影像：纠正过的TM和Spot融合影像（3块），BMP格式，分辨率为10米，数据量为1.2GB。等高线（DEM数据源）：1:25万数据，MapInfo格式，等高距为50米，数据量为19.7MB。其它矢量数据：1:25万数据，MapInfo格式，包括高速公路、国省道、铁路、县市名、部分乡镇名、主要的水系名和山峰名等，数据量为30KB。3三维数据要求和软硬件环境3.1三维数据DEM:即数字高程模型，img格式，格网间距为20米，投影为Mercator，椭球为Krasovsky，基准面为pulkovo1942,中央经线为东经120度。影像：源影像的镶嵌数据，img格式，分辨率为10米，投影为Mercatr，椭球为Krasovsky，基准面为pulkovo1942,中央经线为东经120度。矢量：coverage格式，由源矢量数据转换过来的，投影与前两者一致。注记：参考2.2中其它矢量数据中的县市名、部分乡镇名、主要的水系名和山峰名等数据，投影与前面的一致。3.2使用的软硬件环境软件：Windows2000、MapInfo6.0、ERDASIMAGINE8.6。硬件：P4DELL（CPU1.5GB,硬盘80GB，显存32MB）。4三维数据导入由于三维中的各种数据层是按一定的顺序叠加在一起的，所以这些数据要选择同样的坐标投影，根据浙江省的地理位置特点及为了处理数据的方便，本次实验选择了3.1中的坐标投影参数。关于DEM、影像、矢量、注记的操作处理过程并不是一定要按固定的顺序。下面就相关数据分别进行处理。4.1DEM生成DEM数据是由25万MapInfo格式的等高线转换生成的，由于ERDAS中的DEM数据为img格式，这就需要将等高线从MapInfo中转为ERDAS的img.E00为MapInfo和ERDAS的中间格式，在ERDAS中利用“CreateSurface”将转入的Coverage数据生成DEM，生成过程中在选择“AttributeForz”时要选择Coverage的“ELEV”属性字段，采样数据的格网间距为20米。在二维Viewer窗口中打开DEM手工设置3.1中DEM的坐标投影信息。4.2影像生成影像数据源不是geotif格式，导入后的img影像数据本身不带坐标投影信息，利用二维Viewer中的功能手工的加入数据源中的投影信息，并利用其图像拼接处理工具“MosaicTool”将3块影像拼接为一个img文件，再利用图像投影变换工具“ReprojectImages”将拼接好的文件按3.1中影像的参数进行投影变换。4.3矢量数据ERDAS中的矢量数据为Coverage格式，它的导入与4.1中导入为Coverage的过程一样。并利用处理矢量数据的“Symbologyforvector"根据属性字段的不同设置不同的线型和颜色，并设置保存为evs格式文件，以方便以后的调用。4.4注记生成为方便设置注记，本次实验是在Viewer中新建的“Annotationlayer”中利用注记编辑工具直接编辑的。注意注记大小的单位应设置为map，否则在三维显示时将出问题。5三维飞行设置及动画制作5.1三维飞行设置利用VirtualGIS模块调出的视窗(VirtualGISViewer)，按先后顺序依次打开DEM、影像、矢量及注记层，打开层的同时在“Option”设置好相应选项，如DEM和影像的细节程度、波段顺序、矢量特征evs等。虚拟飞行时为了尽量达到真实效果，可以利用“ScenseProperties"对话框中的选项设置DEM的拉伸比例、空中云雾、天空颜色等；可以在“LevelOfDetail"中重新设置DEM和影像(Raster)的细节程度，一般设置DEM为80%，影像为100%，不过细节程度越高，占用的计算机内存也越大；在“SunPositioning”中可以设置与太阳照射有关的参数。ERDAS软件提供5种导航模式，但我们还是习惯自己根据需要定义飞行路线，然后沿着确定的路线在虚拟三维环境中飞行，定义飞行路线“CreateaFlightPath”有多种方式，常用的是在二维视窗中数字化一条曲线作为飞行路线，并在飞行路线编辑器“FlightPathEditor”中保存该路线。在“FlightPathEditor”中可以设置飞行路线高度(绝对高度ASL，相对高度AGL，一般设置ASL)、方位角(LookAzimuth)、仰俯角(LookPitch)、视角(FOV)、滚动角(Roll)、飞行速度(Speed)。一般情况下设置方位角为0,仰俯角为-25,视角为45,滚动角为0,根据观察的不同，参数之间设置会相应的改变以达到最佳效果，如当DEM的拉伸比例为1时，ASL可设置5000---8000,飞行速度为100---150的效果较理想。另外除了可以整条设置路线参数还可以单点设置这些参数。按以上设置好后，先后点击飞行路线编辑器(FightPathEditor)中的图标“ApplyChangestoFlight”和“StartFlight”,虚拟的三维就可以飞行了，并将操作保存为一个工程文件，以方便以后的直接打开。三维飞行界面如图1所示：5.2三维动画制作为了演示的方便，ERDAS提供两种三维动画制作(CreateaMovieFile)功能，一种是应用三维动画工具(CreateMovie)将包含飞行路线的VirtualGIS工程，自动转换为沿着飞行路线运动的一段三维动画；另一种是在VirtualGIS视窗中，借助菜单命令(Movie)和工具图标(Recording)，在实时的三维飞行或漫游操作过程中直接记录画面形成三维动画。三维动画文件是在后台产生的，并不在视窗中显示，当然，要在IMAGINEVirtualGIS中产生三维动画，视窗中的显示窗口必须没有任何障碍，其它正在运行的进程应该暂时终断，直到三维动画制作过程结束，就可以直接利用媒体播放器来播放动画文件。6关键性问题及解决在实验过程中本人遇到了下面的一些关键性技术问题，做了相应的处理,希望能与同行探讨。6.1坐标投影的选择ERDAS中的矢量数据不支持高斯一克吕格投影处理，如果DEM、影像的投影采用数据源中的高斯一克吕格投影，那矢量数据无法与DEM、影像叠加。只能选择其它的投影方式，同时投影参数要匹配正确，为此选择了矢量支持的3.1中的投影方式。6.2飞行矢量数据的发虚由于ERDAS的矢量数据利用的是ERSI公司的coverage格式，在飞行时实线型矢量数据看上去的感觉是虚线，而且闪烁得非常厉害。为了使其尽量不发虚，可以利用“LayerOffsets”来抬升矢量，即矢量不贴在地面上而适当离开一点地面，并在”PreferenceEditor”的”VirtualGIS”栏将矢量的线型设置为默认值2；或者将矢量数据与影像数据贴在一起通过“ViewtoImagefile”转为栅格影像数据，后者的效果非常好。6.3注记及其显示由于ERDASIMAGINE8.6本身是不支持中文注记的，但我们又常需要中文注记。富融公司网站上有加中文注记的小插件，可以下载Chinese.zip。该小插件自身也只有一种字体，我们可以利用字体编辑器编辑出更多类型的字体如黑体、隶书等等。Annotation层中的注记在三维飞行时是立体显示的，有的观察者或许会希望注记贴在地面上，要使注记贴在地面上，就要将注记与影像数据贴在一起通过“ViewtoImagefile”转为栅格影像数据。6.4大数据量的处理虽然本次实验的多源数据量本身并不大，约1.25GB，但随DEM和影像数据的细节程度的提高而占用更多内存，飞行效果也由此受到不利的影响。如飞行界面的不连续性等。为了保证影像的高分辨率和飞行界面的连续性，可以通过处理影像和设置硬件来协调解决。ERDAS的虚拟世界编辑器(VirtualWorldEdit)是用于管理IMAGINEVirtualGIS所使用数据集的一个用户界面，借助虚拟世界编辑器，多分辨率的多源数据集(即将多源数据分成许许多多的小块)可以无缝集成于同一个“虚拟世界(VirtualWorlds)”，在三维飞行时我们看到的影像其实是逐渐调用数据集中的块来显示，这样可以占用较少的计算机内存，并使DEM和影像的细化程度分别达到75%和100%，能保证飞行界面的连续性。虚拟世界编辑器对于要处理象浙江全省的三维大数据量(15GB左右)的操作来说是必不可少的工具。我们也可以借助MrSid软件，由于该软件的高压缩而几乎不影响影像质量的特征性，我们把DEM和影像数据分别按20：1和50：1的压缩比压缩为sid文件，并都加上压缩前的DEM和影像坐标投影信息，按第5小节中的操作（注意打开的DEM和影像数据是sid格式的）同样可以达到很好的效果。这两种方法的选择可视情况而定，建议还是使用虚拟世界编辑器来处理比较好。虚拟三维飞行对显存的要求较高，针对上面的第一种的数据处理方法，我试用了几种不同的显卡，三维飞行的效果也不同，使用的显存为32MB的“ATIRage128Ultra”时，飞行数据会不断闪烁，特别是平地地区；使用显存为64MB的“NVDIAGeForce2GTS/GeForcePro”时，平地地区闪烁不明显；使用价格不菲的64MB的“3DlabsGLINTGamma+GLINTR4”，并在“PreferenceEditor”的“VirtualGIS”栏设置好有关OpenGL的选项，平地地区几乎不闪烁，飞行界面平滑。浙江全省的多源数据量在15GB左右，为了保证全省的三维飞行效果，建议使用显存为64MB的3Dlabs显卡。6.5飞行路线位置的改变数字化飞行路线