关于三维可视化中的地形建模与实现技术研究

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1、关于三维可视化中的地形建模与实现技术研究时间:2011年05月25日字体:大中小关键词:地形建模三种3d地形模型实现方法工程应用　1 引言　　20世纪60年代以后，地形可视化的概念随着地理信息系统的出现而逐渐形成。随后以地形地貌为研究重点的地形三维可视化技术在地理信息系统(GIs)、虚拟现实(VR)战场环境仿真、娱乐游戏、地形的穿越飞行({1yinhr0ugh)土地管理与利用、水文气象数据可视化等多个领域得到了广泛的应用，越来越受到人们的关注。坩形可视化…是一门以研究数字地形模型(DigitalTerrainM0de1)或数字高程域(DigitalElevati0nFie1d)的

2、显示、简化、仿真等为内容的三维实体构造技术，是三维场景构造中的重要组成部分和研究重点。　　本文在基于OpenGL的i维地形实现技术基础之上，针对不同的三维地形模型方法以及三维叮视化等关键技术展开了分析，重点研究了基于3DsMAx和基于0penGL的两类一维地形建模和实现技术，并依据多边形数目、每秒钟帧数、内存使用以及cPu效率等指标对其进行了性能比较。最后，根据其性能对比的结果及其各自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为实际工程应用中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导。　　2三维地形建模与实现方法　　2．1地形建模　　当前，利用0penGL技术构造三维实体的常规建模方法

3、有如下两种：　　1)在三维形体构造软件(如3DsMAx等)中完成形体的构造，通过相应的方法将3DSMAx建立的模型转换为0penGL中的顶点数组，最后在0penGL下进行显示；　　2)0penGL编程实现三维地形建模，目前常用的方法是先根据特征点高程和地形的特征参数如平均高程、高程标准差等)构筑地形模型，再利用插值生成地形的细节，最后通过色彩和纹理处理形成完整的三维地形。　　2．2三维地形实现的基本方法　　在实现过程中，首先得到DEMH数据(影像数据)通过相应的数据处理，将原始数据转化为三维模型构造所需要的顶点数据；并利用变换后的数据进行模型构造，通过投影变换、视点变换等一系列的

4、步骤，形成最初的三维地形；最后利用光照消隐以及纹理映射技术的后期加工和处理，真实感的三维地形最终成型。　　基于OpenGL技术的三维地形的基本实现过程如图1所示，而本文将重点论述基本过程中的三维数字地形模型构造的方法。下面将介绍利用0penGL技术构建三维地形的建模技术和实现方法。　　　3基于3DSMAX的地形建模与实现　　首先，利用经过处理后的DEM数据，在3DsMAx软件下建立数字地形(3DsMAx建模的具体方法和步骤见相关技术文献)。　　　　通过3DSMAx建成的数字地形如图2所示。当3DsMAx模型建立完成之后，就需要将此模型转换为0pen-GL中的顶点数组。有三种方法可

5、以实现上述的转换：　　1)直接对3DsMAx模型进行读取，将各个信息放入对应的数组中； ’　　2)利用工具软件如DeepExploration等，可以将3DSMAX模型转换为C语言文件，并且在c语言文件中将模型信息存储在数组中；　　3)利用已经封装好了的3DsMAx文件读取类进行模型转换。如使用比较广泛的cIJoad3Ds类J，它由专业的人员编写并封装好，通过包含它的头文件和执行文件，并调用相应的函数即可完成．3d模型的转换。　　这三种方法各有优缺点。第一种方法优点是可以选择对自己有用的信息进行存储，将不关心的信息进行滤除，提高程序效率，缺点是使用者需要对．3d文件结构有较深的了

6、解，并且需要进行大量的程序编写，比较费时费力；第二种方法优点是不需要具备专业的．3d文件结构知识，直接通过软件转换，省时省力，缺点是大部分软件只能将3DsMAx中的顶点数据转换成数组保存，但是将丢失纹理信息，如图3所示；第三种方法较好的解决了前两种方法的缺点，它既可以方便的对3DsMAx模型进行转换，又不会丢失纹理信息，如图4所示。但是缺点是它将所有的信息完全的保存下来，这样在OpenGL渲染的时候会增加系统的运算量，降低程序效率。　　　　　　利用第一种方法和第三种方法从实现技术上是一致的，都是通过对．3d文件的信息分类进行读取，不同的是第一种方法需要自己编程，第三种方法利用已有

7、的程序。而第二种与第三种方法相比，第二种方法虽然也将所有的顶点数据保存下来，但是可以有选择的在OpenGL中绘制有用的顶点。为了比较了该两种方法对同一个．3d三维地形模型进行转换时的效率，特选择多边形数目、每秒钟帧数(Fps)、内存使用、cPu使用等指标来衡量，其对比结果如表1所示(其中用来测试的电脑配置如下：Pentium(R)M1．4G处理器、内存为512M，操作系统为wind0wsxP)。　　综上所述，对于．3d三维地形转换的第二种方法不太适合对纹理要求较高的模型转换中。对