基于OpenGL庫的三維地貌演繹實現(xiàn)

石靖++張素偉

摘要：本文以在給定環(huán)境下的地貌演繹生成為主要研究目標(biāo)，對.NET環(huán)境下的OpenGL庫開發(fā)三維場景技巧進(jìn)行闡述，并分析基于OpenGL環(huán)境下的三維地貌演繹的設(shè)計思路。通過可靠的數(shù)學(xué)模型，將地貌演繹結(jié)果表現(xiàn)出來，以此提高地貌演繹的真實性。

關(guān)鍵詞：OpenGL，地貌演繹，三維場景，.Net，C#

隨著北斗系統(tǒng)在中國近年來的全面推廣，已經(jīng)逐漸成為對中國境內(nèi)定位導(dǎo)航的新生力量。但是北斗定位系統(tǒng)尚處于起步階段，對中國地形地貌數(shù)據(jù)采集量還較少，不便于對復(fù)雜地貌環(huán)境下的地位導(dǎo)航?；谶@種現(xiàn)象，北斗系統(tǒng)需要利用少量采集的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，并通過科學(xué)有效的數(shù)學(xué)模型，對一定時間內(nèi)一定區(qū)域內(nèi)的地貌演繹做出正確預(yù)測，并通過可視化的圖形信息表示出來。

一、系統(tǒng)設(shè)計

要使得地貌演繹的數(shù)據(jù)真實可靠，并且便于人觀察操作是地貌演繹過程中的主題。所以，通過分析影響演繹的因素，構(gòu)建合理的地貌演繹數(shù)學(xué)模型，使用可視化的圖形信息表示是在進(jìn)行地貌演繹時亟待研究與解決的重要問題。

（一）系統(tǒng)框架分析

地形地貌的演繹生成過程受到多方面的影響。影響我國地貌發(fā)育的內(nèi)外力因素，主要有地質(zhì)構(gòu)造因素、氣候因素、地表組成物質(zhì)因素、人類活動因素等[1]。在本文中著重討論關(guān)于非人為影響下的地貌形成演繹過程，通過對地質(zhì)構(gòu)造、氣候、降雨量等因素的控制，給定一段時間進(jìn)行演繹，得出地貌變化的結(jié)果。

在得到地貌結(jié)果后，需要通過可視化的形式表現(xiàn)出來，為了使地貌信息的所有細(xì)節(jié)都能最大程度的保留以及便于觀察等因素，本文采用了OpenGL庫對構(gòu)成的圖形進(jìn)行了表示。OpenGL具有跨平臺等多種優(yōu)點，且相較于Direct并沒有聲音庫等對本文研究結(jié)果無用的庫，因此OpenGL更加小巧靈活。

在生成地貌圖形后，為了方便人員對影響地貌信息的因素做調(diào)整比較，因此需要一個更人性化的交互設(shè)計，因為整個系統(tǒng)運行在Windows操作系統(tǒng)下，因此選用.NET開發(fā)平臺對整個系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。.NET具有大量優(yōu)秀的控件，方便設(shè)計人性化的交互界面。

（二）系統(tǒng)框架圖

結(jié)合設(shè)計過程中的其他問題，最后設(shè)計的系統(tǒng)框架圖如圖一所示

圖一

二、程序設(shè)計

在.NET平臺下最好的編程語言是C#，但是OpenGL并沒有對C#進(jìn)行接口封裝，因此需要選用其他第三方對OpenGL封裝的API，通過查找比較，最終選擇了SharpGL庫，SharpGL庫將OpenGL封裝為一個控件，并C#寫了所有OpenGL接口，開發(fā)起來較為方便[2]。

在程序中采用了點擊鼠標(biāo)左鍵并移動鼠標(biāo)可旋轉(zhuǎn)生成的地形圖，便于360°觀察整個地形地貌；采用滾動鼠標(biāo)滾輪縮放地形圖，便于觀察整個地形或觀察細(xì)微地貌信息；采用WASD移動地形圖，結(jié)合上述兩種交互方式，方便對地形地貌的各個地方進(jìn)行觀察分析[3]。

在程序中可以對土壤屬性、天氣、降雨量、初始植被量、演繹時間等屬性進(jìn)行交互操作，通過除演繹時間外的其他屬性控制演繹過程中的影響因子，通過控制演繹時間來生成最終的演繹結(jié)果數(shù)據(jù)。

生成的演繹結(jié)果數(shù)據(jù)分為兩類，第一類為在該地形形成的湖泊量，第二類為在影響因子的作用下，該地域植被的生長量，通過這兩個量在OpenGL中畫出相對應(yīng)的湖泊和植被。其中湖泊是畫出一個平行于地平面的一個面，并根據(jù)湖泊量對該平面進(jìn)行平移，使湖泊面升高或降低；植被的生長是由植被量通過查表選出與之最匹配的紋理貼圖，并將該貼圖貼到地形圖中。

在地形地貌圖中增加了天空盒部分，使整個地形地貌顯得更真實。

四、總結(jié)

本文分析研究了.NET環(huán)境下，基于OpenGL庫的三維可視化真實地貌演繹生成算法設(shè)計。設(shè)置影響因素與演繹時間后，通過科學(xué)有效的數(shù)學(xué)模型計算出演繹后的數(shù)據(jù)，并通過演繹后的數(shù)據(jù)，結(jié)合OpenGL繪制出合理的三維地形地貌圖形。

參考文獻(xiàn)：

[1]王壯志，王巖.中國地貌形成過程[J].西江月，2014，（第8期）.

[2] http：//www.codeproject.com/KB/openGL/sharpgl.aspxendprint