一種復(fù)雜三維地形顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種復(fù)雜三維地形顯示方法。步驟一：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)讀入的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與處理；步驟二：數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，采用OpenGL軟件接口對(duì)轉(zhuǎn)換后的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將三維地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別與處理的數(shù)據(jù)；步驟三：紋理制作，將數(shù)據(jù)范圍劃分為若干子范圍，每一個(gè)子范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的地形顏色相同；步驟四：三維地形顯示，對(duì)三維地形模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、地形模型映射、視點(diǎn)—模型變換、投影變換及視口變換。本發(fā)明的主要特點(diǎn)為支持范圍較大、地表情況較復(fù)雜的地形顯示，并可以保證顯示效果良好以及支持鼠標(biāo)及鍵盤(pán)操作完成三維地形的漫游。
【專利說(shuō)明】一種復(fù)雜三維地形顯示方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種三維地形的顯示方法，特別涉及一種具有海量數(shù)據(jù)且高逼真度顯示的三維地形顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維地形顯示方法作為虛擬顯示仿真領(lǐng)域中視景仿真的重要組成部分，其研究與應(yīng)用在幾十年內(nèi)取得了飛躍的進(jìn)步。三維地形顯示技術(shù)的核心問(wèn)題是要解決海量地形數(shù)據(jù)所構(gòu)成的復(fù)雜地形表面模型與計(jì)算機(jī)圖形硬件有限繪圖能力之間的矛盾。目前的三維地形顯示方法均采用了簡(jiǎn)化操作，即在保持模型對(duì)描述地形表面一定精確度的前提下，減少方法處理的數(shù)據(jù)量。但此方法不適用于地形復(fù)雜、地表變化不規(guī)律的情況，因此，用現(xiàn)有方法顯示三維地形會(huì)導(dǎo)致對(duì)地形描述逼真度較低、無(wú)法真實(shí)反映實(shí)際地形情況等問(wèn)題。
[0003]隨著三維圖形硬件芯片的出現(xiàn)以及OpenGL、Direct3D等三維圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)的建立，將三維圖形軟件與特定的應(yīng)用程序框架進(jìn)行有效結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)三維圖形的顯示取得了一定發(fā)展。為此可設(shè)計(jì)一種基于OpenGL軟件接口的復(fù)雜三維地形顯示方法，其主要特點(diǎn)為支持范圍較大、地表情況較復(fù)雜的地形顯示，并可以保證顯示效果良好以及支持鼠標(biāo)及鍵盤(pán)操作完成三維地形的漫游。因此，海量地形數(shù)據(jù)的處理以及三維地形顯示的逼真度成為了復(fù)雜三維地形顯示方法關(guān)注的焦點(diǎn)。
[0004]名稱為《一種全球三維地形顯示方法》的專利文件中，利用三角四叉樹(shù)剖分模型來(lái)構(gòu)建層次性高程和紋理數(shù)據(jù)模型；申請(qǐng)?zhí)枮?00810224016.5，名稱為《一種用于視頻制作的三維地形的顯示方法》的專利文件中中，對(duì)DEM高程數(shù)據(jù)以及GIS地形數(shù)據(jù)進(jìn)行了規(guī)則化處理，并對(duì)三維地形進(jìn)行紋理貼圖，由于該專利采用現(xiàn)有的紋理進(jìn)行貼圖，在逼真度方面還有待改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)三維地形模型的要求不嚴(yán)苛，顯示效果平滑，響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)三維地形數(shù)據(jù)格式的依賴性低的復(fù)雜三維地形顯示方法。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]步驟一:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)讀入的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與處理；
[0008]步驟二:數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，采用OpenGL軟件接口對(duì)轉(zhuǎn)換后的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)像素操作、求值器、光柵化、基于頂點(diǎn)的操作與基本匹配實(shí)現(xiàn)像素?cái)?shù)據(jù)與頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理，將三維地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別與處理的數(shù)據(jù)；
[0009]步驟三:紋理制作，在經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理后，將數(shù)據(jù)范圍劃分為若干子范圍，每一個(gè)子范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的地形顏色相同；
[0010]步驟四:三維地形顯示，在數(shù)據(jù)與紋理都處理完畢后，即生成三維地形，對(duì)三維地形模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、地形模型映射、視點(diǎn)一模型變換、投影變換及視口變換。
[0011]本發(fā)明還可以包括:[0012] 1、所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法為:將原始三維地形數(shù)據(jù)作為輸入，判斷其是否所有數(shù)據(jù)均為有效的數(shù)據(jù)格式，如不是，則對(duì)無(wú)效的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換具體方式為:檢測(cè)該數(shù)據(jù)中是否有目標(biāo)數(shù)據(jù)特有的標(biāo)識(shí)符，如沒(méi)有，則在數(shù)據(jù)首位添加標(biāo)識(shí)符；無(wú)效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有效數(shù)據(jù)后，與原始的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行合并；數(shù)據(jù)合并的具體方式為:將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)文件保存在與原始有效數(shù)據(jù)文件相同的根目錄下，并在系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，與原始數(shù)據(jù)文件同時(shí)加載；數(shù)據(jù)合并完畢后，判斷合并后的數(shù)據(jù)是否為“方陣型”數(shù)據(jù)，如不是，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“方陣化”，即數(shù)據(jù)文件中包含的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為某正整數(shù)的平方，且每行數(shù)據(jù)間用回車鍵間隔，同行數(shù)據(jù)間用空格鍵間隔，“方陣化”的具體方式為:將文件中的數(shù)據(jù)每MapSize個(gè)設(shè)為一組，并在組后添加回車鍵，直至文件的最后。
[0013]2、所述采用OpenGL軟件接口對(duì)轉(zhuǎn)換后的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法為:首先將像素?cái)?shù)據(jù)與頂點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在顯示列表中，再針對(duì)像素進(jìn)行操作后與紋理進(jìn)行裝配，針對(duì)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行求值器的處理后，進(jìn)行基于頂點(diǎn)的操作與基本裝配，同時(shí)對(duì)兩數(shù)據(jù)進(jìn)行光柵化，最后在經(jīng)過(guò)片段操作后存儲(chǔ)至幀緩沖區(qū)。
[0014]3、所述紋理制作具體包括:
[0015](I)首先讀入某區(qū)域的三維地形數(shù)據(jù)；
[0016](2)根據(jù)顯示精度的需要將三維地形數(shù)據(jù)劃分為若干高度范圍，高度范圍劃分過(guò)程是將數(shù)據(jù)文件中的每個(gè)數(shù)字歸類到預(yù)先設(shè)置的不同的數(shù)字范圍內(nèi)，同種數(shù)字范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的紋理顏色相同；
[0017](3)通過(guò)設(shè)置輸出精度，將三維地形數(shù)據(jù)輸出為一個(gè)MapSiZe*MapSiZe大小的紋理圖。
[0018]4、所述三維地形顯示具體包括:
[0019](I)參數(shù)設(shè)置
[0020]設(shè)置光源參數(shù)和顏色模式；
[0021](2)地形模型映射
[0022]首先把數(shù)字地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成OpenGL可識(shí)別和操作的數(shù)據(jù)格式，然后計(jì)算頂點(diǎn)坐標(biāo)及頂點(diǎn)法向量等參數(shù)；
[0023](3)視點(diǎn)一模型變換
[0024]采用對(duì)物體位置進(jìn)行移動(dòng)的移動(dòng)變換、對(duì)物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)變換、對(duì)物體進(jìn)行大小縮放的縮放變換三種幾何變換來(lái)實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)一模型變換；
[0025]把圖元所提供的頂點(diǎn)作為單列矩陣，假設(shè)模型視圖矩陣M是4*4的矩陣，單列矩陣
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜三維地形顯示方法，其特征是: 步驟一:數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)讀入的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與處理； 步驟二:數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，采用OpenGL軟件接口對(duì)轉(zhuǎn)換后的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)像素操作、求值器、光柵化、基于頂點(diǎn)的操作與基本匹配實(shí)現(xiàn)像素?cái)?shù)據(jù)與頂點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理，將三維地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)所能識(shí)別與處理的數(shù)據(jù)； 步驟三:紋理制作，在經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與處理后，將數(shù)據(jù)范圍劃分為若干子范圍，每一個(gè)子范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的地形顏色相同； 步驟四:三維地形顯示，在數(shù)據(jù)與紋理都處理完畢后，即生成三維地形，對(duì)三維地形模型進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、地形模型映射、視點(diǎn)一模型變換、投影變換及視口變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜三維地形顯示方法，其特征是所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法為:將原始三維地形數(shù)據(jù)作為輸入，判斷其是否所有數(shù)據(jù)均為有效的數(shù)據(jù)格式，如不是，則對(duì)無(wú)效的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換具體方式為:檢測(cè)該數(shù)據(jù)中是否有目標(biāo)數(shù)據(jù)特有的標(biāo)識(shí)符，如沒(méi)有，則在數(shù)據(jù)首位添加標(biāo)識(shí)符；無(wú)效數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有效數(shù)據(jù)后，與原始的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行合并；數(shù)據(jù)合并的具體方式為:將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)文件保存在與原始有效數(shù)據(jù)文件相同的根目錄下，并在系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)時(shí)，與原始數(shù)據(jù)文件同時(shí)加載；數(shù)據(jù)合并完畢后，判斷合并后的數(shù)據(jù)是否為“方陣型”數(shù)據(jù)，如不是，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“方陣化”，即數(shù)據(jù)文件中包含的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為某正整數(shù)的平方，且每行數(shù)據(jù)間用回車鍵間隔，同行數(shù)據(jù)間用空格鍵間隔，“方陣化”的具體方式為:將文件中的數(shù)據(jù)每MapSize個(gè)設(shè)為一組，并在組后添加回車鍵，直至文件的最后。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜三維地形顯示方法，其特征是所述采用OpenGL軟件接口對(duì)轉(zhuǎn)換后的三維地形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法為:首先將像素?cái)?shù)據(jù)與頂點(diǎn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在顯示列表中，再針對(duì)像素進(jìn)行操作后與紋理進(jìn)行裝配，針對(duì)頂點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行求值器的處理后，進(jìn)行基于頂點(diǎn)的操作與基本裝配，同時(shí)對(duì)兩數(shù)據(jù)進(jìn)行光柵化，最后在經(jīng)過(guò)片段操作后存儲(chǔ)至幀緩沖區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜三維地形顯示方法，其特征是所述紋理制作具體包括: (1)首先讀入某區(qū)域的三維地形數(shù)據(jù)； (2)根據(jù)顯示精度的需要將三維地形數(shù)據(jù)劃分為若干高度范圍，高度范圍劃分過(guò)程是將數(shù)據(jù)文件中的每個(gè)數(shù)字歸類到預(yù)先設(shè)置的不同的數(shù)字范圍內(nèi)，同種數(shù)字范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的紋理顏色相同； (3)通過(guò)設(shè)置輸出精度，將三維地形數(shù)據(jù)輸出為一個(gè)MapSiZe*MapSiZe大小的紋理圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜三維地形顯示方法，其特征是所述三維地形顯示具體包括: (1)參數(shù)設(shè)置 設(shè)置光源參數(shù)和顏色模式； (2)地形模型映射 首先把數(shù)字地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成OpenGL可識(shí)別和操作的數(shù)據(jù)格式，然后計(jì)算頂點(diǎn)坐標(biāo)及頂點(diǎn)法向量等參數(shù)； (3)視點(diǎn)一模型變換 采用對(duì)物體位置進(jìn)行移動(dòng)的移動(dòng)變換、對(duì)物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)變換、對(duì)物體進(jìn)行大小縮放的縮放變換三種幾何變換來(lái)實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)一模型變換；把圖元所提供的頂點(diǎn)作為單列矩陣，假設(shè)模型視圖矩陣M是4*4的矩陣，單列矩陣
【文檔編號(hào)】G06T17/05GK103617650SQ201310624871
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】沈志峰, 張瑤, 吳迪, 曾添一, 郝燕玲 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)