基于MultiGen的三维大面积地形场景可视化研究(2)

2．2 建模的方法与原则       构造一个地形模型的多分辨率显示模型，首先要确定建模方法。构建地形模型的原始数据是一组地表高程采样点，以此为输入，经过某种数学算法的处理，得到一个表现地表几何形状的模型．这一过程就是地形的建模过程。当前计算机技术中几何体是以单个三角片构成的格网表面来表现的，与此相适应，地形建模也就是反映地形表面的几何形态的格网的构建过程。传统的建模方法可划分为两大类：规则三角网方法，即GRID 方法，或称为方格网方法， 规则三角网方法即TIN方法，也称三角网方法。两种方法都具有各自的特点：方格网的建模方法采取的是一种在格网点上对格网周围采样点按照距离远近加权平均的思想．不规则三角网采取的是一种“原汁原味”的方法．它几乎完整地保留原始数据按照某种原则(Delaunny)将采样点直接连成网，建立起模型。因此两者在数据结构和算法复杂性等方面都有很大的差异。在选择建模方法时，我们主要考虑了以下三个问题：      (1)模型精确度的问题。当模型对精确度要求不高的时候，应更多地使用方格网模型，以充分利用其算法相对简单、模型规范的特点。否则就要应用不规则三角网，其最大的优点是：在采样数据密集、并分布合理的前提之下能够精确地再现地形。三角网解决的问题，其实是要做到“真”，逼近实际地形，但前提是信息量足够多。      (2)多分辨率显示问题。依赖于不同的数据结构，两种建模方法中LOD算法截然不同。方格网数据结构规整，LOD 问题的解决相对比较容易； 三角网数据结构复杂，LOD算法也相对复杂化。      (3)地物的表现方式。地物种类繁多，各有其不同表现方式。对于依赖于地形模型的地物，目前的情况都是用纹理来表示。 具体的建模工作主要使用MultiGen Creator。主要有以下几个步骤（如图3所示）。                                            图3 地景的生成流程图  3大面积场景的管理、调度         Vega也有大地形管理模块，但是对于如几千平方公里的大面积地景可能会分割成成千上万个*.flt文件，这样处理起来往往会显得力不从心。通常数字高程模型DEM数据越精确，卫星遥感数据分辨率越高，场景就越真实。但仿真区域越大，DEM数据量也就越大；真实感越高，需要的多边形就越多；纹理越精细，需要的纹理内存就越多。实时处理这些海量的数据就成为了问题的关键。传统的方法往往是牺牲真实感来换取给制速度，难以达到自然环境三维真实再现的目的.于是基于vega的大地形调度思想，提出了大面积地景管理与调度的方法。 在对地景进行处理的基础上，系统还需要建立子线程对地景库进行管理和动态调度，使内存中只保留感兴趣区域的*.fst文件。 图4 AOI构成简图       在图4中，   表示观察者的视线方向。x-y平面的规则长方形代表地形单元，视线的平截头体与x-y 平面交叉成的四边形就是AOI。AOI 内的地形单元将被调入内存处理。 图5 地景的动态调度流程图        地景库的动态调度过程如图5 所示，具体调度过程如下： （1）初始化时，根据观察者的位置，确定感兴趣的区域AOI，映射相应的*.fst 文件。 （2）在观察者漫游的过程中，不断地检测感兴趣的区域AOI是否发生变化，如果超过了某个临界值，就表明感兴趣的区域发生了变化。 （3）将不再感兴趣区域AOI 内的*.fst 文件取消其映射关系，使其从物理内存中消失。将新出现的在感兴趣区域范围内的*.fst 文件映射到物理内存，而且那些一直在感兴趣区域内的*.fst 文件保留原有映射关系。 （4）当新旧*.fst 文件的数据融合后，通知主线程。 （5）将观察者的初始位置设置成当前位置，回到步骤（2），直到退出仿真系统为止。 为了实现三维场景的实时漫游显示，经过建立三维地面模型，并映射反映地面景观的数字遥感影像然后利用视景驱动引擎实现景观的漫游、任意浏览显示。本文的研究试验采用了多个软件系统。建模和纹理贴图是根据相关的数据结构和模型，在虚拟现实专用建模软件Multigen-creator环境下完成的。视景驱动引擎是在VC 6．0环境下结合Vega的函数库和OpenGL函数库完成系统的编程、调试和运行后完成的。视景驱动引擎一方面完成整个场景中数据的分块调用处理，另一方面，是随着视点的改变，实现地形场景的连续播放显示。图6为系统运行时的一个场景截图。 图6 系统运行场景