專利名稱：山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色。特別是涉及一種山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、圖形學(xué)技術(shù)、多媒體技術(shù)等的發(fā)展，三維可視化技術(shù)方形未艾，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，比如數(shù)字城市、軍事應(yīng)用、風(fēng)景區(qū)規(guī)劃、交通監(jiān)控、醫(yī)療救助等。三維可視化(3D Visualization)技術(shù)是20世紀(jì)80年代中期誕生的一門集計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、圖像顯示的綜合性前緣技術(shù)。它是一種把描述物理現(xiàn)象的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖形、圖像，并運(yùn)用顏色、透視、動(dòng)畫和觀察視點(diǎn)的實(shí)時(shí)改變等視覺(jué)表現(xiàn)形式。分層設(shè)色法是以一定的顏色變化次序或色調(diào)深淺來(lái)表示地貌的方法，常用于二維地形圖，按照不同的高度和深度，賦予深淺不同的褐色、黃色、綠色、藍(lán)色等顏色，以鮮明的表示地面和海底起伏的形態(tài)。二維的分層設(shè)色地形圖效果見附圖1。在許多三維可視化的應(yīng)用中，山體模型都成為場(chǎng)景顯示的重要部分，例如，水利工程中的山體。增強(qiáng)山體顯示的真實(shí)感，有助于提升三維可視化場(chǎng)景的整體視覺(jué)效果，增加場(chǎng)景沉浸性。在實(shí)現(xiàn)具有山體模型的三維可視化的過(guò)程中，提高山體的顯示效果至關(guān)重要，如果山體顯示不真實(shí)，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)場(chǎng)景真實(shí)效果的遜色。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種將二維地形圖的分層設(shè)色思想應(yīng)用于三維模型中，并進(jìn)行改進(jìn)，不僅使山體顏色隨山體高程不同而不同，而且使這種變化漸變顯示，過(guò)渡自然。既表現(xiàn)出了大概的山體高程范圍，又增強(qiáng)了山體起伏變化效果的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，包括步驟:I)采用軟件開發(fā)平臺(tái)建立三維可視化程序；2)在三維可視化程序中加載山體模型，針對(duì)具體模型，獲取模型頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，保存到三維可視化程序的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)組中；3)根據(jù)山體高程變化范圍和顏色變化范圍，設(shè)計(jì)一個(gè)顏色隨高程變化的比例系數(shù)，計(jì)算山體模型各頂點(diǎn)的顏色值；4)按照步驟3)給出的比例系數(shù)和顏色值，給山體模型各頂點(diǎn)賦顏色值，渲染實(shí)現(xiàn)漸變效果。步驟I)所述的軟件開發(fā)平臺(tái)為VS2008或VS2010或VS2003。步驟I)所述的三維可視化程序中包括有:保存頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)組，保存顏色的數(shù)據(jù)對(duì)象，圖形引擎。步驟2)所述的三維模型的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)是三維的，由x、y、z三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)值確定單個(gè)頂點(diǎn)在三維空間中的位置。步驟3)所述的山體高程的變化是z方向上數(shù)據(jù)的變化。步驟3)所述的比例系數(shù)的設(shè)定要考慮兩方面的問(wèn)題:(I)山體最低處和最高處的高程，(2)想要達(dá)到的顏色變化效果，根據(jù)這兩方面關(guān)系設(shè)計(jì)比例系數(shù)；設(shè)山體模型最低處的高程為H1，山體模型最高處的高程為H2，單獨(dú)考慮紅綠藍(lán)三個(gè)顏色分量的變化，設(shè)定每個(gè)分量最低高程的分量值為Cl，最高高程的分量值為C2，那么每個(gè)顏色分量的比例系數(shù)為n= (C2 - Cl)/ (Η2 — Hl)。步驟3)所述的計(jì)算山體模型各頂點(diǎn)的顏色值，采用如下公式:每個(gè)模型頂點(diǎn)的每個(gè)顏色分量為Col=Cl+(H-Hl) Xn其中:C1是最低高程對(duì)應(yīng)顏色分量的分量值，H是頂點(diǎn)的高程，η是比例系數(shù)。本發(fā)明的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)于有山體模型的可視化場(chǎng)景非常實(shí)用?？梢愿鶕?jù)山體的具體地形特征，調(diào)整顏色漸變變化，靈活方便?？梢粤Ⅲw展示三維山體模型的山勢(shì)起伏高低變化，可以直觀的展示山體大概的高程分局情況，一目了然掌握山體模型的整體情況?？傊@樣顏色漸變的山體效果提高了山體模型的顯示真實(shí)感，能夠幫助我們更好地了解山體概況。


圖1是現(xiàn)有的分層設(shè)色地形效果圖；圖2是本發(fā)明方法的流程圖；圖3是采用本發(fā)明的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法得到的山體模型漸變效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法做出詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟:I)采用軟件開發(fā)平臺(tái)建立三維可視化程序所述的軟件開發(fā)平臺(tái)為VS2008或VS2010或VS2003。所述的三維可視化程序中包括有:保存頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)組，保存顏色的數(shù)據(jù)對(duì)象，圖形引擎(0SG或OpenGL等)。 2 )在三維可視化程序中加載山體模型，針對(duì)具體模型，獲取模型頂點(diǎn)數(shù)據(jù)(山體模型是由不規(guī)則的數(shù)據(jù)點(diǎn)連成三角網(wǎng)組成，三角形的每一個(gè)點(diǎn)稱之為頂點(diǎn))，保存到三維可視化程序的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)組中；所述的三維模型的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)是三維的，由X、y、Z三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)值確定單個(gè)頂點(diǎn)在三維空間中的位置。3)根據(jù)山體高程變化范圍和顏色變化范圍，設(shè)計(jì)一個(gè)顏色隨高程變化的比例系數(shù)，計(jì)算山體模型各頂點(diǎn)的顏色值；所述的山體高度的變化是z方向上數(shù)據(jù)的變化。設(shè)計(jì)山體模型顏色隨高度變化的比例系數(shù)要考慮兩方面的問(wèn)題:
(I)山體最低處和最高處的高程(海拔)；(2)想要達(dá)到的顏色變化效果，根據(jù)這兩方面關(guān)系設(shè)計(jì)比例系數(shù)。設(shè)山體模型最低處的高程為H1，山體模型最高處的高程為H2，單獨(dú)考慮紅綠藍(lán)三個(gè)顏色分量的變化，設(shè)定每個(gè)分量最低高程的分量值為Cl，最高高程的分量值為C2，那么每個(gè)顏色分量的比例系數(shù)為n= (C2 - Cl)/ (Η2 — Hl)。如果山體高度的變化為Hl到Η2，Hl是山體模型最低處的高程，Η2是山體模型最高處的高程，顏色是由紅綠藍(lán)三個(gè)分量混合而成，單獨(dú)考慮每個(gè)分量的變化。紅色分量的變化是從Cl紅到C2紅(Cl紅是對(duì)應(yīng)最低高程Hl的紅色分量，C2紅是對(duì)應(yīng)最高高程Η2的紅色分量)，那么紅色分量的比例系數(shù)為η紅=(C2紅一 Cl紅)/ (Η2 一 Hl)。同理，η綠=(C2綠一 Cl 綠)/ (Η2 一 HI), η 藍(lán)=(C2 藍(lán)一 Cl 藍(lán))/ (Η2 一 Η1)。有了每個(gè)顏色分量的系數(shù)，就可以對(duì)山體模型的每個(gè)頂點(diǎn)，求出每個(gè)顏色分量的顏色值Col=Cl+ (H-Hl) Xη，其中H表示任意頂點(diǎn)的高程。具體的是，col紅=Cl紅+ (H-Hl) Xn 紅，col 綠=Cl 綠+(H-H1) Xn 綠，col 藍(lán)=Cl 藍(lán) +(H-H1) Xn 藍(lán)。三色混合即為山體模型一個(gè)頂點(diǎn)呈現(xiàn)的顏色效果，所有頂點(diǎn)的顏色效果構(gòu)成了整個(gè)山體的顏色效果。例如:山體高度為O到600米，想要的山體模型顏色變化效果為綠色到紅褐色的漸變過(guò)渡。由顏色代碼表可知，山底需要的綠色表示為(102，255，0)。山頂需要的紅褐色表示為(102，0，O)。顏色代碼表每個(gè)分量的變化范圍是O到255，而圖形引擎中顏色的每個(gè)分量的變化范圍是O到1，因此在程序中換算成，山底需要的綠色表示為(0.4，1,0),山頂需要的紅褐色表示為(0.4，0，0)。從這兩個(gè)顏色表示中可以看出，第一和第三個(gè)分量沒(méi)有變化，第二個(gè)分量是從I逐步減小到O。在這種情況下,系數(shù)η紅=0, η綠=(O — I) / (600 — O)=—1/600, η 藍(lán)=0,顏色值 col 紅=Cl 紅，col 綠=Cl 綠 +(H-H1) Xn 綠，col 藍(lán)=Cl 藍(lán)。4)按照步驟3)給出的比例系數(shù)、模型各頂點(diǎn)的顏色值，給山體模型各頂點(diǎn)賦相應(yīng)的顏色值，渲染實(shí)現(xiàn)漸變效果。提高山體的顯示效果至關(guān)重要，如果山體顯示不真實(shí)，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)場(chǎng)景真實(shí)效果的遜色。山體模型中的每個(gè)頂點(diǎn)包括的信息有:頂點(diǎn)坐標(biāo)，顏色，法向量，紋理等，改變山體模型各頂點(diǎn)的顏色值是采用圖形引擎中的函數(shù)給山體模型的頂點(diǎn)賦顏色值。所述的山體模型頂點(diǎn)的顏色值的變化符合實(shí)際的規(guī)律，一般情況下，低海拔用綠色，綠色越深，海拔越低。相對(duì)較高的用黃色，黃色越深海拔越高。高海拔處用棕褐色，褐色越深海拔越高。通過(guò)上面的步驟，可以實(shí)現(xiàn)山體漸變效果的展示。例如在OSG引擎的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，通過(guò)所用圖形引擎提供的類和方法，獲取山體頂點(diǎn)(三角網(wǎng)的頂點(diǎn))數(shù)據(jù)，將其保存在Vec3Array類型的對(duì)象中，對(duì)象名設(shè)為verties[][]。第一個(gè)[]中確定是哪一個(gè)具體頂點(diǎn)，第二個(gè)[]中只有三個(gè)值0，1，2，其中O代表X方向，I代表y方向，2代表z方向。那么a點(diǎn)的高度值可以表示為verties[a] [2]。定義Vec4類型的數(shù)組來(lái)保存顏色值，顏色值除了 RGB值之外，還包括一個(gè)Alpha分量(Alpha分量通常都設(shè)為I，代表不透明，本實(shí)施例也設(shè)其為I)，其中R是紅色，G是綠色，B是藍(lán)色，A是Alpha的色彩空間。利用push_back()函數(shù)給山體模型頂點(diǎn)賦相應(yīng)的顏色值。
權(quán)利要求
1.一種山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)采用軟件開發(fā)平臺(tái)建立三維可視化程序； 2)在三維可視化程序中加載山體模型，針對(duì)具體模型，獲取模型頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，保存到三維可視化程序的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)組中； 3)根據(jù)山體高程變化范圍和顏色變化范圍，設(shè)計(jì)一個(gè)顏色隨高程變化的比例系數(shù)，計(jì)算山體模型各頂點(diǎn)的顏色值； 4)按照步驟3)給出的比例系數(shù)和顏色值，給山體模型各頂點(diǎn)賦顏色值，渲染實(shí)現(xiàn)漸變效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟1)所述的軟件開發(fā)平臺(tái)為VS2008或VS2010或VS2003。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟O所述的三維可視化程序中包括有:保存頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)組，保存顏色的數(shù)據(jù)對(duì)象，圖形引擎。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟2)所述的三維模型的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)是三維的，由x、y、z三個(gè)方向上的數(shù)據(jù)值確定單個(gè)頂點(diǎn)在三維空間中的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3)所述的山體高程的變化是z方向上數(shù)據(jù)的變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3)所述的比例系數(shù)的設(shè)定要考慮兩方面的問(wèn)題:(I)山體最低處和最高處的高程，(2)想要達(dá)到的顏色變化效果，根據(jù)這兩方面關(guān)系設(shè)計(jì)比例系數(shù)； 設(shè)山體模型最低處的高程為H1，山體模型最高處的高程為H2，單獨(dú)考慮紅綠藍(lán)三個(gè)顏色分量的變化，設(shè)定每個(gè)分量最低高程的分量值為Cl，最高高程的分量值為C2，那么每個(gè)顏色分量的比例系數(shù)為n= (C2 - Cl)/ (Η2 — Hl)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，步驟3)所述的計(jì)算山體模型各頂點(diǎn)的顏色值，采用如下公式: 每個(gè)模型頂點(diǎn)的每個(gè)顏色分量為Col=Cl+(H-Hl) Xn 其中:C1是最低高程對(duì)應(yīng)顏色分量的分量值，H是頂點(diǎn)的高程，η是比例系數(shù)。
全文摘要
一種山體三維模型的漸變?cè)O(shè)色效果實(shí)現(xiàn)方法包括采用軟件開發(fā)平臺(tái)建立三維可視化程序；在三維可視化程序中加載山體模型，針對(duì)具體模型，獲取模型頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，保存到三維可視化程序的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的數(shù)組中；根據(jù)山體高程變化范圍和顏色變化范圍，設(shè)計(jì)一個(gè)顏色隨高程變化的比例系數(shù)，計(jì)算山體模型各頂點(diǎn)的顏色值；按照給出的比例系數(shù)和顏色值，給山體模型各頂點(diǎn)賦顏色值，渲染實(shí)現(xiàn)漸變效果。本發(fā)明可以根據(jù)山體的具體地形特征，調(diào)整顏色漸變變化，靈活方便?？梢粤Ⅲw展示三維山體模型的山勢(shì)起伏高低變化，一目了然掌握山體模型的整體情況?？傊@樣顏色漸變的山體效果提高了山體模型的顯示真實(shí)感，能夠幫助我們更好地了解山體概況。
文檔編號(hào)G06T15/50GK103116905SQ20121054983
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者劉江, 魏瑩 申請(qǐng)人:天津大學(xué)