虚拟现实中三维真实地形的可视化方法

1 引言

随着计算机图形图像软硬件技术的发展，人们认识周围环境从传统的二维思维方式转向立体空间的思维方式，开始构建三维的、实时交互的、可“ 进入”的虚拟地理环境，相继提出3DGIS、VRGIS以及相关三维GIS的概念。在这些三维的虚拟环境中，真实地形的生成有着非常广泛的应用，同时也是虚拟环境的基础。因此,怎样找到快捷的地形建模途径已成为视景仿真中的首要任务。为此,我们对借助于现有软件快速生成地形的问题进行了探索。

2 3DS Max中利用等高线生成地形

用3DS Max创建地形，一般是利用等高线的原理来创建的。需要我们首先绘制等高线，其具体步骤为:

(1) 将等高线图引入3DS Max；

(2) 依据此图为背景运用画线工具绘制标准的一条等高线；（注意：绘制等高线的时候，要求我们的点要足够的多，而不能仅仅依靠用绘制曲线的方式来作图）

(3) 在修改面板中点的层级用加点工具加足够多的点，因为只有产生足够精度的曲线点才能产生足够精度的地形；

(4) 依据等高线的值，设定不同的高度，重复步骤(2)和步骤(3)绘制其他各层的等高线；

(5) 选取最底层的等高线，然后选择合成物体中的地形，可以产生初始的地形；

(6) 按下拾取处理对象按钮，分别点击每一层的不同等高线，然后结束地形绘制；

(7) 根据需要对地形面板修改，并对格网光滑度进行修改，调整为理想地形后渲染。

3 MultiGen Creator中利用DEM数据生成地形

MultiGen Creator是世界上比较领先的实时三维数据库生成系统，用它可以实现对战场仿真的视景数据库进行生成、编辑和查看。它所支持的Open flight数据格式(.flt)标准是当今世界上领先的可视化数据库标准，也是视景仿真领域的行业执行标准，数字高程模型(DEM)是视景仿真中生成地形最主要的数据来源, 在MultiGen Creator中使用地形转换工具可将DEM转换为DED,进而转换为OpenFlight格式模型。根据DEM规范,直接从DEM转换得来的模型最大尺寸大约是100km×200km,但从DED规范来看,DED并没有大小限制,这样采用直接生成DED的方法可以将多块DEM拼接为大块地形,大小几乎为任意。

其生成地形具体步骤为：

(1) 安装生成地形插件：安装软件中的raster2ded.dll为DEM数据生成地形的一个驱动插件，将其拷入安装目录…\Multigen-Paradigm\Creator\plugins中，即可生成地形；

(2) 点菜单中Terrain下的raster to DED子菜单；

(3) 找到DEM数据文件目录和名称；

(4) 输入地形高和宽的数据数量值；

(5) 数据格式选为ASCII；

(6) 点击预览数据，可以看到地形的平面图；

(7) 点击右下角的生成DED，并将DED数据保存为文件；

(8) 点击地形菜单下的新项目子菜单；

(9) 点击菜单三角形，在其对话框中的选项选为多边形网格；

(10)在多边形网格对话框中调整采样比率，生成需要数量的多边形；

(11)点击右下角的应用按钮，将生成的FLT文件进行保存。

用Creator的地形工具，我们可以将源数据，如卫星照片和数字高程数据，转成Creator的文件格式并用这些文件在Creator中创建地表。源数据还包括特征数据，也能转化并引入到Creator中，用来在地形上加入文化特征，如道路和建筑物等。

4 RTG三维引擎软件利用地形图生成地形

将等高线地形图经过扫描成为电子图像,再经过断点续连,去除污点等图像处理后,再使用ScanIn软件。首先,进行矢量化,该软件在等高线质量较好的情况下,对连续的等高线可以并行跟踪,还可以并行矢量化,这就大大提高了效率。矢量化之后,进行等高线标高,该软件在标高上也有上述两个特点。这样就可以生成三维的数字地图,得到.grd 文件。.grd 文件经过转化可以生成北京实图公司开发的RTG三维引擎软件中的地形编辑器可读格式.trn ,再生成它的三维模型.scn 文件,就完成了地形的三维建模。用这种地形建模方法生成一个5×5 平方公里面积的地形,大约在十小时左右,时效性还是能令人满意的。

5 结论

在虚拟现实环境的诸要素中，地形是一个非常关键的要素。要实现虚拟现实环境的模拟和绘制具有较高真实感的地形，就必须利用真实地形图或真实地形数据进行地形绘制。生成后的地形通过使用飞机和卫星上拍摄的所生成地形的地表图像作为纹理（可以调用互联网上google earth 软件的截图并处理），可以生成具有高度逼真的地形表面。

参考文献

[1]Creating Terrain for Simulations[EB/OL].MulitiGen-Paradigm, Inc..August 2001.

[2]齐敏,郝重阳,佟明安.三维地形生成及实时显示技术进展[J].中国图像图形学报,2000,5(4):269-275.

[3]郭齐胜,张小超,谢薇.战场视景实时仿真技术[J].系统仿真学报(增刊)，2001.

[4]李敏,孙继根.虚拟战场环境生成系统设计与研究[J].系统仿真学报,2005, 17(5):1153-1156.