三维电子地图的可视化技术

三维电子地图的可视化技术目录CONTENTS二、三维场景可视化技术一、工具软件及功能介绍一、工具软件及功能介绍OpenGL是一个开放标准三维图形应用程序编程接口（API），是在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导下，以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个通用共享的开放式三维图形标准，微软、SGI、IBM、SUN等公司都支持OpenGL标准。许多软件厂商纷纷以OpenGL为基础进行开发，比如仿真软件OpenInventor、VR软件WorldToolKit等。OpenGL是一套C风格的API，独立于任何的窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以在不同平台之间方便地移植。OpenGL是一个用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口（API）。这个接口由近350个不同的函数调用组成，用来绘制从简单的图形比特到复杂的三维景象。OpenGL常用于CAD、虚拟现实、科学可视化程序和电子游戏开发。工具软件及功能介绍OpenGL的主要功能：1、几何绘制。OpenGL图形库提供基本的点、线、三角面片等绘制函数,还提供了复杂的三维物体（球、锥、多面体）以及复杂的曲线和曲面（Bezier、Nurbs曲线或者曲面）的绘制函数。2、坐标变换。OpenGL的图形库支持的变换包括基本变换和投影变换。基本变换有平移、旋转、缩放等。投影变换支持平行投影和透视投影。3、颜色支持。支持RGBA颜色模式和颜色索引模式。4、光照和材质支持。OpenGL的光照有辐射光、环境光、漫反射光，材质是用光照反射率来表示。场景中物体最终反映到人眼的颜色是光的红、绿、蓝分量与材质红、绿、蓝分量的发射率相乘后形成的颜色。工具软件及功能介绍OpenGL的主要功能：5、纹理影射。利用OpenGL纹理影射的功能可以将图像通过纹理坐标,影射到一个表面上。6、图像增强。提供融合、反走样和雾化等效果处理。7、双缓存动画。双缓存包括两个缓存，一个缓存计算场景，生成画面，另一个缓存提交视频显示。8、交互技术∶主要是提供三种工作模式∶绘图模式、选择模式和反馈模式。绘图模式完成场景的绘制，可以借助物体的几何参数及运动控制参数、场景的观察参数、光照参数和材质参数、纹理参数、OpenGL函数的众多常量控制参数、时间参数等和Windows对话框、菜单、外部设备等构成实时交互的程序系统。在选择模式下，则可以对物体进行命名，选择命名的物体，控制对命名的物体的绘制。而反馈模式则给程序设计提供了程序运行的信息，这些信息也可反馈给用户，告诉用户程序的运行状况和监视程序的运行进程。9、其它∶利用OpenGL还能实现深度暗示（DepthCue）、运动模糊（MotionBlur）等特殊效果。工具软件及功能介绍OpenGL图形操作步骤：1、设置像素格式：主要包括建立OpenGL绘制风格、颜色模式、颜色位数、深度位数等;2、建立模型：建立三维模型;3、舞台布景：如何把景物放置在三维空间的适当位置，设置三维透视视觉体以观察场景;4、效果处理：设置物体的材质（颜色、光学性能及纹理映射等）加入光照及光照条件;5、光栅化：把景物及其颜色信息转化为可在计算机上显示的像素信息。工具软件及功能介绍二、三维场景可视化技术三维场景可视化技术一、项目概况三维电子地图可视化常用的技术分为以下三种：1.多细节层次（LOD）技术LOD技术在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性,从而提高绘制算法的效率。该技术通常对每一原始多面体模型建立几个不同逼近精度的几何模型。三维场景可视化技术一、项目概况2.独立地物三维快速建模很多情况下，采集整个目标范围内的地物对象的三维模型是不现实的，三维电子地图中的很多地物模型其实可以通过二维对象自动地生成，虽然结果比较粗糙，但是在大范围的场景显示中是很实用的。可以对二维对象属性信息进行适当的扩展，对于房屋，可对其增加高度属性，从而能够对对象进行三维表达。对于目前较为流行的场景建模平台3DSTUDIOMAX、Multigen等软件，我们可以利用多边形进行近似建模，通过特定的模型接口无缝地把外界建模的数据导入到场景中，从而解决在虚拟场景下复杂对象的建模。三维对象快速建模二维对象到三维对象的扩展实例三维场景可视化技术一、项目概况3.植被建模（1）基于规则几何体的植物三维建模在这个模型中的每株树木都用一个简单的圆锥体表示，圆锥的高与直径分别与树高和冠幅成比例。利用计算机图形学中三维造型的方法，只要给出每株林木的x、y坐标和它们的树高、冠幅,就可以在计算机屏幕上自动生成这样一个能反映树木三维空间关系的图像。三维场景可视化技术一、项目概况（2）基于分形理论的树木三维建模植物结构分形模拟的方法很多，可以产生各种类型的分形集，其中应用最为广泛的是L-系统。利用L-系统，只要用少量的语句就可以产生非常复杂的植物图形。L-系统既可以非常简单，也可以非常复杂地去模拟树木的不同形态。利用分形技术生成的三维树，在空间维数上是三维的，在种类形态、大小上多种多样，同时具有空间三维的可量测性、可容纳性，但是它需要大量的多边形来表达，当这种分维树大量存在时，会对虚拟场景的实时显示和计算带来不利的影响。三维场景可视化技术一、项目概况（3）基于图像的方法基于图像的基本方法就是通过使用单张经过处理的真实树木的照片，将其映射到一个多边形上，在虚拟环境中，根据视点的变化，对该多边形进行绕某一轴线转动，来进行树木的三维建模。其过程包括以下几部分。a、获取树木的真实图像。对要建模的树种，首先拍摄一张真实的树木照片。主要的处理工作是,对图像进行旋转使树木的树干尽量呈垂直方向，另外就是用图像处理软件，比如Photoshop,将图像周围的颜色进行处理，使树木周围的颜色和背景一致，从而得到一幅背景透明的图像。b、建立空间交叉多边形。假如知道每株树的坐标位置、树高、冠幅，并设原型木的树高和冠幅分别为平均树高和平均冠幅，则可根据这些数据在相应位置建立交叉的两个多边行，一般来说，是选择最简单的空间四边形来进行建模，这样在后面的纹理映射中便可以非常简单地完成。三维场景可视化技术一、项目概况c、纹理影射。把第一步获取的真实图像，映射到第二步建立的多边形中，这样便可以形成非常逼真的三维景观，从不同的角度观察均可获得树木的较为完整的图像；但是，可能由于默认的多边形光照效果不能和环境的光照协调，需要进行最后一步的设置。d、设置光照效果。经过上面三步可以把三维植物的模型建立起来，但是为了和外界的环境光照等条件进行融合，必须对第二步生成的多边形表面光照效果进行设置，使生成的三维树木的显示效果更加逼真。三维场景可视化技术三、电子地图的性质一、项目概况电子地图将传统的地图与当代技术方法结合起来，产生了新的地图产品品种，表现在制图工艺流程、表现形式、地图介质、应用方法等诸多方面。电子地图拥有的优势和特点可以归纳为以下几个方面：电子地图的性质(1)电子地图首先是一种模拟地图产品，它反映了地理信息，同时具有地图的3个基本特征；(2)电子地图的数据来源是数字地图；(3)电子地图的采集、设计等都是在计算机平台环境下实施的