基于地形影像可視化技術探討

鄭孝波

（西安航空學院，陜西 西安 710077）

基于地形影像可視化技術探討

鄭孝波

（西安航空學院，陜西 西安 710077）

近年來，地理信息系統(tǒng)技術不斷發(fā)展，計算機三維建模及其相關顯示技術依然成為當前地理信息研究領域中的寵兒，成為各方努力研究的熱點課題。隨著相關技術的不斷發(fā)展與完善，在資源調(diào)查及國土管理等領域中，計算機三維建模顯示技術得到了廣泛的應用且取得較好的成果。本文以當前我國該方面的發(fā)展情況為出發(fā)點，對圖像顯示問題進行分析。

圖像顯示技術 地形影像可視化

三維地形模型屬于三維地理信息系統(tǒng)當中比較基礎的一種模型，近年來，人們都比較關注三維可視化技術的發(fā)展，并將其作為熱點研究方向。隨著遙感技術以及衛(wèi)星技術等相關科學技術的不斷發(fā)展，各國對地球進行全方位立體觀測的能力和相應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)以及相關的紋理數(shù)據(jù)技術得以實現(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數(shù)據(jù)進行組織與管理才能保證信息的實際使用效率，所以在應用中必須要將視覺感受效果調(diào)至最佳，那么如何通過三維地形模型的管理及其調(diào)度來保證相互之間的關系，便成為地形可視化工作的主要研究內(nèi)容，下文將對其進行分析。

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向，對地圖進行分割，形成多分辨率的層次，方便后續(xù)管理工作的進行，同時也可以幫助用戶對其進行讀取。所以可以通過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，提供相應的地形數(shù)據(jù)，從其中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，建立起具有針對性的空間索引，便可以對一定范圍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進行極速搜集，保證空間連續(xù)顯示。當前四叉樹結構LOD是該方面工作人員廣泛使用的計算方式，該模型當中的所有節(jié)點都相應的覆蓋一部分區(qū)域，從節(jié)點的角度出發(fā)對區(qū)域進行渲染，達到層次植染的根本目的，保證實際工作效率[1]。

2. 數(shù)據(jù)調(diào)度及內(nèi)存管理

首先需要針對窗口大小來設定空間坐標的范圍，對滿足空間需求的坐標范圍內(nèi)文件進行加載。鼠標在窗口內(nèi)部移動時逐漸轉變?yōu)榭臻g坐標，二次計算窗口可以承載的空間范圍，從算法的角度對瓦片文件的數(shù)量進行計算。代入代碼可以計算出窗口位置加載空間自身索引值，從X、Y雙方向入手對其進行查詢，判斷地形所處位置，再用下圖1所示流程來實現(xiàn)[2]。

圖1 .初始文件顯示流程

3. 內(nèi)存分配及管理

因為整體數(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。通過總結實踐工作經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，鼠標在窗口移動的過程當中，窗口所顯示出的圖像必須要隨時更新，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，便要對上一層次的文件進行比較，從比較結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.坐標空間轉換

三維變換技術屬于計算機圖形學當中比較基礎的一個模塊，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環(huán)節(jié)，OpenGL雖然可以對三維空間的數(shù)據(jù)進行直接處理，但是需要打印機等載體，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對視景體進行處理，剪掉多余部分，將最精華的部分保留下來。正射投影是使用比較廣泛的一種投影方式，投影后，物體大小不會發(fā)生任何改變。繪制的最后一個步驟就是對視口進行變換，讓設備空間坐標轉變?yōu)槠聊蛔鴺?，便于后續(xù)的繪制操作[4]。

三、點云可視化系統(tǒng)

點云可視化系統(tǒng)需要在Windows XP系統(tǒng)下運行，在進行數(shù)據(jù)管理的時候使用了SQL SERVER 2005模式下的數(shù)據(jù)庫，與此同時還將OpenGL當作所有圖像染庫，根據(jù)實際情況對系統(tǒng)進行劃分。

1.數(shù)據(jù)的管理模塊:該模塊會直接影響到數(shù)據(jù)預處理工作最主要的實現(xiàn)部分，對具體的點云進行分割，通過上述措施為后續(xù)工作提供具有一定可靠性的數(shù)據(jù)。

2.可視化模塊:點云可視化模塊自身主要功能就是對處理后的數(shù)據(jù)進行顯示，結合投影方式與渲染的方式等來完成圖像瀏覽。

3.分析查詢模塊:該模塊需要依靠點云可視化技術為基礎，對用戶提供的命令進行分析與查詢，為后續(xù)的幾何性分析與計算提供相應的數(shù)據(jù)與技術基礎。

結束語：

隨著科學技術的不斷發(fā)展，地形影像可視化技術也必然會隨著時代的發(fā)展而不斷完善。本文從OpenGL、點云可視化系統(tǒng)等方面入手，通過建模的方式，融合實踐經(jīng)驗，對基于地形影像的可視化技術進行了簡要分析，旨在提升相關工作人員的從業(yè)效率。

[1]付強，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應用[J]. 公路，2011,12（02）：144-146.

[2]呂智涵.基于網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實引擎的宏觀與微觀空間三維可視化技術研究與應用[D].中國海洋大學碩士學位論文，2013:11-14.

[3]張建武,郝容.地形圖仿真動態(tài)表示方法探討[M].中國測繪學會九屆四次理事會暨2010年學術年會論文集,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壓縮及實時渲染[J].計算機輔助設計與圖形學學報.2010，12(08):1352-1358

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