虚拟地景中地物与地形融合质量评估.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.4(下)-99-工 程 技 术随着计算机科学技术的不断进步,人们对创建和展示虚拟地形提出了更高的要求,不仅要求地形模型有真实感,还要求地形模型能够与周围环境融合。在虚拟地景中,地形和地物都是重要的组成部分。地形是基础,它提供了场景的基本形态和结构,而地物是添加的元素,它们可以增加场景的复杂性和真实感1。在传统的虚拟地形建模中,通常分开处理地形和地物,导致模型之间的不协调和断裂感。因此,将地形和地物进行有效融合,使其在视觉上更真实和自然,成为了虚拟地形建模中的重要问题。研究虚拟地景中地物与地形的融合方法,不仅可以提高虚拟环境的真实感和逼真度,还可以为虚拟环境的创建
2、和应用提供更好的工具2。综上所述,该问题可以归结为计算机图形学的发展和对虚拟环境真实感和逼真度的追求。因此,本文将对其进行设计与研究。1 虚拟地景中地物与地形融合1.1 独立的地物与地形融合对独立于地形的地物来说,应该采用地景相适应的思想,只需要在空间上对齐即可。本文提出了一种基于独立树的地形适应性方法,并根据该方法计算了一棵独立树的高程3。将此点与网格角点相结合,对其进行三角化处理,形成一个三角网。如图 1 所示。三角网P注:P点位置即为独立树的位置。图 1 独立树模型匹配示意图由于大比例尺中独立的建筑是三维实体,因此当建筑物跨越多个或构建多个地形模型平面时,会产生建筑物与地面的“空洞”,从
3、而导致模型变形,不能保证虚拟场景的准确性。因此,本文提出了一种基于地形特征的单体房屋三维建模方法,并考虑了该方法的有效性。1.2 依赖于地形的地物与地形融合对依赖于地形的地物与地形融合进行设计,当对此类地物覆盖的地区进行地貌建模时,必须充分考虑地物对地貌的改造效应4。地块、大型植被和湖泊等典型的面状分布地物,其所占面积大,可以改变地形,使地面平坦化。此外,这种类型的特征是在其界线上所有点的高度值都一样5。针对街区的地形重构问题,本文提出了一种新的方法:首先将街区中所有建筑高度值设为 H,其次对其进行三角形划分。在此基础上,利用 DEM 在 2D 平面内的投影,对其进行剖分。最后在 DEM 网格
4、上生成新的 DEM 单元,对其进行三角化处理,如图 2 所示。为达到在虚拟环境下对地形进行重构的目的,将两条平行的路径沿着其位置轴向左、右形成具一定宽度 W 的平行直线,从而达到双线化处理的目的。在此基础上,在左、右平行线上相应坐标的数据点,它的高度与这个观测点的海拔相等6。公路改建地形的具体方法:首先,将两条公路平行的直线围成一个四边形,对该四边形进行三角剖分,其次,逐格求取平行线的左右侧边线与 DEM 的交点处,将相交点嵌入 DEM 中,对与道路四边形无关的离散元,除了连接到道路四边形的单元外,不做任何处理,将未被路面单元分割为新的多边形,对其进行三角划分,再次,对 DEM 格网中已有的数
5、据进行划分,并对其进行简单的道路划分,就可以得到与地形相结合的三维道路模型。最后,针对不同的三角形曲面,按其自身特性进行相应映射。1.3 地物模型与地形模型融合算法考虑地物模型与地形模型融合算法的通用性,得出以下定义。将裁减多边形的顶点定义为 n 个,各顶点分别为 D1,D2,Dn,各边分别为 D1D2,D2D3,Dn-1Dn,主多边形的顶点定义为 m 个,各顶点分别为 W1,W2,Wm,各边分别为 W1W2,W2W3,Wm-1Wm。按照上述定义,结合图 3 的算法思路,得出地物模型虚拟地景中地物与地形融合质量评估邱晓明(海天源数字科技(山东)有限公司,山东 烟台 264000)摘 要:为解决
6、虚拟地景中地物与地形融合质量差,融合结果与实际相比,方差与中误差较大的问题,本文对虚拟地景中地物与地形融合与质量评估进行了研究。采用独立于地形的地物与地形融合、依赖地形的地物与地形融合、地物模型与地形模型融合算法计算,实现虚拟地景中地物与地形融合,并对融合后的结果质量进行评估,采用新的融合方式可以有效提高质量,缩小融合方差与中误差,提高融合精度。关键词:虚拟地景;地形融合;质量评估中图分类号:P217 文献标志码:A中国新技术新产品2024 NO.4(下)-100-工 程 技 术与地形模型融合算法的计算步骤。第一步:计算时,构建一个诸多变形的顶点列表。第二步:逐个判定被裁剪的多边形中的每个顶点
7、与主多边形的关系,并分别赋上“内”和“外”两种属性,用来创建裁剪后的多边形的顶点链表。第三步:求解裁减多边形与主多边形的交点,如图 3 中的 I1、I2、I3、。按照顺时针顺序插入裁减多边形顶点列表中,同样为其赋予“进”或“出”的属性7。第四步:创建一个生成的多边形点的清单,并把这个“进点”保存在一个列表中,这个“进点”是从一个被裁剪的多边形点的列表中开始的。按顺序从被裁剪的多边形点中取下一个点,如果是内点,就把它存储在生成的多边形点列表里,如果是“出点”,就将其储存至该多边形的点链表中。一直到最后,找到这一步“进点”的位置,再用“外点”替换掉这一步中的“进点”8。第五步:判定裁剪后的顶点列表
8、中有无“进点”,如果有,就重复步骤四,没有就继续。第六步:生成若干多边形的顶点,并指出要裁剪的多边形的数目。第七步:对每个结构面都进行三角剖分,形成一个完整的三角网格。2 质量评估2.1 虚拟环境建模平台为确保相关工作在实施中可以达到预期效果,为检验融合算法,须建立虚拟环境建模平台。在此过程中,明确虚拟环境的应用场景和需求,例如游戏、模拟飞行、城市规划等,以便确定虚拟环境的功能和特点。根据需求,需要采集和处理相关的数据,包括地形数据、建筑数据、植被数据等,以构建虚拟环境的基础模型。利用三维建模工具,例如 3ds Max、Maya 等,构建虚拟环境中的三维模型,包括地形、建筑、植被、交通工具等。
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