鄭孝波

（西安航空學(xué)院，陜西 西安 710077）

基于地形影像可視化技術(shù)探討

鄭孝波

（西安航空學(xué)院，陜西 西安 710077）

近年來(lái)，地理信息系統(tǒng)技術(shù)不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)三維建模及其相關(guān)顯示技術(shù)依然成為當(dāng)前地理信息研究領(lǐng)域中的寵兒，成為各方努力研究的熱點(diǎn)課題。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，在資源調(diào)查及國(guó)土管理等領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)三維建模顯示技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用且取得較好的成果。本文以當(dāng)前我國(guó)該方面的發(fā)展情況為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)圖像顯示問(wèn)題進(jìn)行分析。

圖像顯示技術(shù) 地形影像可視化

三維地形模型屬于三維地理信息系統(tǒng)當(dāng)中比較基礎(chǔ)的一種模型，近年來(lái)，人們都比較關(guān)注三維可視化技術(shù)的發(fā)展，并將其作為熱點(diǎn)研究方向。隨著遙感技術(shù)以及衛(wèi)星技術(shù)等相關(guān)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各國(guó)對(duì)地球進(jìn)行全方位立體觀測(cè)的能力和相應(yīng)的信息處理能力都有著顯著的提升，讓高分辨率高程數(shù)據(jù)以及相關(guān)的紋理數(shù)據(jù)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理量的增大，給系統(tǒng)的內(nèi)存以及管理工作提出了新的挑戰(zhàn)，只有妥善的將這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行組織與管理才能保證信息的實(shí)際使用效率，所以在應(yīng)用中必須要將視覺(jué)感受效果調(diào)至最佳，那么如何通過(guò)三維地形模型的管理及其調(diào)度來(lái)保證相互之間的關(guān)系，便成為地形可視化工作的主要研究?jī)?nèi)容，下文將對(duì)其進(jìn)行分析。

一、數(shù)據(jù)的組織管理及內(nèi)存調(diào)度

1. 數(shù)據(jù)管理方案

圖像金字塔模型的本質(zhì)就是分辨率遞減集合，底部為分辨率較高的圖像，向上順次遞減。將用戶需求作為基本導(dǎo)向，對(duì)地圖進(jìn)行分割，形成多分辨率的層次，方便后續(xù)管理工作的進(jìn)行，同時(shí)也可以幫助用戶對(duì)其進(jìn)行讀取。所以可以通過(guò)金字塔模型的方式將原始數(shù)據(jù)分辨為基本的影響模型，提供相應(yīng)的地形數(shù)據(jù)，從其中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，建立起具有針對(duì)性的空間索引，便可以對(duì)一定范圍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行極速搜集，保證空間連續(xù)顯示。當(dāng)前四叉樹結(jié)構(gòu)LOD是該方面工作人員廣泛使用的計(jì)算方式，該模型當(dāng)中的所有節(jié)點(diǎn)都相應(yīng)的覆蓋一部分區(qū)域，從節(jié)點(diǎn)的角度出發(fā)對(duì)區(qū)域進(jìn)行渲染，達(dá)到層次植染的根本目的，保證實(shí)際工作效率[1]。

2. 數(shù)據(jù)調(diào)度及內(nèi)存管理

首先需要針對(duì)窗口大小來(lái)設(shè)定空間坐標(biāo)的范圍，對(duì)滿足空間需求的坐標(biāo)范圍內(nèi)文件進(jìn)行加載。鼠標(biāo)在窗口內(nèi)部移動(dòng)時(shí)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g坐標(biāo)，二次計(jì)算窗口可以承載的空間范圍，從算法的角度對(duì)瓦片文件的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。代入代碼可以計(jì)算出窗口位置加載空間自身索引值，從X、Y雙方向入手對(duì)其進(jìn)行查詢，判斷地形所處位置，再用下圖1所示流程來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

圖1 .初始文件顯示流程

3. 內(nèi)存分配及管理

因?yàn)檎w數(shù)據(jù)量比較大，所以能否合理的分配內(nèi)存以及優(yōu)化程序，便成為工作人員的首要參考因素。通過(guò)總結(jié)實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鼠標(biāo)在窗口移動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，窗口所顯示出的圖像必須要隨時(shí)更新，保證文件集的完整性。窗口范圍內(nèi)可體現(xiàn)的圖片更新之后，便要對(duì)上一層次的文件進(jìn)行比較，從比較結(jié)果中選擇共性因素留下，合理分配內(nèi)存，將不必要的內(nèi)容清空，方便后續(xù)文件的使用[3]。

二、三維點(diǎn)云模型繪制

1.OpenGL渲染流水線分析

絕大部分的 OpenGL程序的操作流程都比較相似，這一流程便被稱之為OpenGL渲染流水線，具體流程如圖2所示。

圖2 .OpenGL渲染流水線示意圖

2.坐標(biāo)空間轉(zhuǎn)換

三維變換技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)當(dāng)中比較基礎(chǔ)的一個(gè)模塊，包含了視口變換等多方面的內(nèi)容。其中投影變換與視口變換屬于比較重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)，OpenGL雖然可以對(duì)三維空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行直接處理，但是需要打印機(jī)等載體，所以需要使用到投影變換這一方式。投影變換的基本工作原理就是通過(guò)對(duì)視景體進(jìn)行處理，剪掉多余部分，將最精華的部分保留下來(lái)。正射投影是使用比較廣泛的一種投影方式，投影后，物體大小不會(huì)發(fā)生任何改變。繪制的最后一個(gè)步驟就是對(duì)視口進(jìn)行變換，讓設(shè)備空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)槠聊蛔鴺?biāo)，便于后續(xù)的繪制操作[4]。

三、點(diǎn)云可視化系統(tǒng)

點(diǎn)云可視化系統(tǒng)需要在Windows XP系統(tǒng)下運(yùn)行，在進(jìn)行數(shù)據(jù)管理的時(shí)候使用了SQL SERVER 2005模式下的數(shù)據(jù)庫(kù)，與此同時(shí)還將OpenGL當(dāng)作所有圖像染庫(kù)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分。

1.數(shù)據(jù)的管理模塊:該模塊會(huì)直接影響到數(shù)據(jù)預(yù)處理工作最主要的實(shí)現(xiàn)部分，對(duì)具體的點(diǎn)云進(jìn)行分割，通過(guò)上述措施為后續(xù)工作提供具有一定可靠性的數(shù)據(jù)。

2.可視化模塊:點(diǎn)云可視化模塊自身主要功能就是對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，結(jié)合投影方式與渲染的方式等來(lái)完成圖像瀏覽。

3.分析查詢模塊:該模塊需要依靠點(diǎn)云可視化技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)用戶提供的命令進(jìn)行分析與查詢，為后續(xù)的幾何性分析與計(jì)算提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)與技術(shù)基礎(chǔ)。

結(jié)束語(yǔ)：

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，地形影像可視化技術(shù)也必然會(huì)隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷完善。本文從OpenGL、點(diǎn)云可視化系統(tǒng)等方面入手，通過(guò)建模的方式，融合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基于地形影像的可視化技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，旨在提升相關(guān)工作人員的從業(yè)效率。

[1]付強(qiáng)，謝謨文，劉翔宇，黃杰慧，范德虎.基于快鳥衛(wèi)星影像的高速公路施工三維可視化管理平臺(tái)應(yīng)用[J]. 公路，2011,12（02）：144-146.

[2]呂智涵.基于網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)引擎的宏觀與微觀空間三維可視化技術(shù)研究與應(yīng)用[D].中國(guó)海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013:11-14.

[3]張建武,郝容.地形圖仿真動(dòng)態(tài)表示方法探討[M].中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)九屆四次理事會(huì)暨2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2010:222-224.

[4]張燕燕,黃其濤,韓俊偉.基于提升小波的大地形累進(jìn)壓縮及實(shí)時(shí)渲染[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào).2010，12(08):1352-1358

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