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杏耀平台:三维可视化中的地形建模与实现技术研究

发布时间:2019-07-06 13:45 作者: 点击:

论文的三维现实是科学可视化鲲计算机动画和虚拟现实的核心,也是时空综合地理信息系统的关键技术;地形建模和可视化是3D场景构建的重要内容。基于三维地形实现和地形建模的基本方法,重点介绍了OpenGL支持的两种三维地形建模和实现技术,并讨论了两种建模技术和不同的实现方法。进行分析和比较研究。最后,根据其性能比较及各自的特点,给出了不同方法的适用场合,为选择地形建模和实施方法提供了依据和指导。

1简介

20世纪60年代以后,随着地理信息系统的出现,地形可视化的概念逐渐形成。然后专注于地形的地形三维可视化技术是在地理信息系统(gis)鲲虚拟现实(vr)战场环境模拟鲲娱乐游戏鲲地形穿越飞行({1yinhr0ugh)土地管理和利用鲲水文气象数据可视化等等许多坩埚形可视化是一种三维实体构造技术,研究数字地形模型(digitalterrainm0de1)或数字高程域(digitalelevati0nfie1d)鲲简化鲲模拟等。它是3D场景构建中的重要组成部分和研究重点。

基于开放式二维地形实现技术,分析了不同三维地形模型方法和三维可视化的关键技术,重点研究了基于3dsmax和0pengl的两种一维地形建模。该实现技术,基于多边形数量鲲每秒帧数鲲的内存使用率和cpu效率等指标来比较性能。最后,根据其性能比较结果及其各自的特点,给出了不同方法的应用,为实际工程应用中的地形建模和实现技术选择提供了依据和指导。

2D3地形建模和实现方法

2.1地形建模

目前,有两种使用0pengl技术构建三维实体的一般建模方法。

1)在三维形状构造软件(如3dsmax等)中完成形状结构,通过相应的方法将3dsmax创建的模型转换为0pengl的顶点数组,最后在0pengl下显示;

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2)0pengl编程实现三维地形建模,目前常用的方法是根据特征点高程和地形特征参数构建地形模型,如平均高程鲲高程标准差等,然后用插值生成地形细节,最后通过颜色和纹理处理形成一个完整的三维地形。2.2三维地形实现的基本方法

在实现过程中,首先通过相应的数据处理demh数据(图像数据),并将原始数据转换为3D模型构建所需的顶点数据;并且变换后的数据用于模型构建,投影变换鲲视点变换等。形成初始三维地形的一系列步骤;最后,利用光线消隐和后处理以及纹理映射技术处理,最终形成逼真的三维地形。

基于Opengl技术的三维地形基本实现过程如图1所示,本文将重点介绍在基本过程中构建三维数字地形模型的方法。以下描述了使用0pengl技术构建3D地形的建模技术和实现方法。

3基于3dsmax的地形建模和实现

首先,使用经过处理的dem数据,在3dsmax软件下构建数字地形(有关3dsmax建模的具体方法和步骤,请参阅相关技术文献)。

3dsmax构建的数字地形如图2所示。构建3dsmax模型后,需要将此模型转换为0pen-gl中的顶点数组。有三种方法可以实现上述转换

1)直接读取3dsmax模型并将每个信息放入相应的数组中;

2)使用诸如深度探测等工具软件,可以将3dsmax模型转换为c语言文件,并将模型信息存储在c语言文件的数组中;

3)使用已封装的3dsmax文件读取类进行模型转换。如果您使用更广泛的cijoad3ds类j,它由专业人员编写和打包,包括其头文件和可执行文件,并调用相应的函数。转换3d模型。

这三种方法中的每一种都有优点和缺点。第一种方法的优点是您可以选择存储对您有用的信息,过滤掉您不关心的信息,并提高程序的效率。缺点是用户需要。 3d文件结构有了更深刻的理解,需要大量的编程,既耗时又费力;第二种方法的优点是它不需要专业。 3d文件结构知识,直接通过软件转换,省时省力,缺点是大多数软件只能将3dsmax中的顶点数据转换成数组保存,但会丢失纹理信息,如图3所示;第三种方法更好它解决了前两种方法的缺点。它可以很容易地转换3dsmax模型而不会丢失纹理信息,如图4所示。但缺点是它完全保存了所有信息,这将增加系统的计算量并降低程序的效率当opengl是渲染。

第一种方法和第三种方法在技术上与实现方式一致,并且都通过了。读取3d文件的信息分类,区别在于第一种方法需要自己编程,第三种方法利用现有程序。与第三种方法相比,第二种方法保存了所有顶点数据,但可以选择性地在opengl中绘制有用的顶点。为了将两种方法比较为同一种方法。 3d 3D地形模型用于转换效率,特殊选择多边形每秒鲲帧(fps)鲲内存使用鲲cpu使用其他指标进行测量,比较结果如表1所示(计算机用于测试配置如下奔腾(r)m1.4g处理器鲲有512m内存,操作系统是wind0wsxp)。总之,为。第三种3D三维地形变换方法不适用于高纹理的模型转换。应根据不同情况选择是使用第一种方法还是第三种方法。

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1)当系统实时高,地形大,开发时间充足时,选择第一种方法;

2)当系统关注开发时间并且可以容忍一定的效率损失时,选择第三种方法。

1基本地形建模

计算机图形学中的所有光滑表面最终都是通过无限近似多边形(主要是三角形)获得的,因此构建三维地形模型的本质是构造一个空间三角剖分来近似表面。使用准备好的数据点根据delaunay三角测量规则生成三角剖分,如图5所示。

在产生三角测量之后,还需要注意构成三角测量的三角面法向量的注释。由于生成的地形的亮度取决于源和阴影,因此它也受三角形点和面的法向矢量的影响。将点的法向量作为其周围的法向量的平均值。图6中的点p处的法向矢量可以表示为与其相邻的四个表面法向矢量n1鲲n2鲲n3鲲n4之和的平均值。

l0d技术是指用于实现三维复杂模型的动态实时动态显示,表达具有各种精度的三维物体,并根据观察点的位置变换选择不同精度模型的技术。通常,地形中的数据量非常大。使用通用方法构建大型地形需要大量内存,并且会严重影响渲染速度。然而,并非每次系统都需要花费大量内存和CPU来渲染大量地形,因为当观察点远离地面时,地形图像占据屏幕上的几个像素。在这种情况下,没有必要使用大量的多边形补丁来准确地表示地形。因此,当需要观察点时,系统只需要靠近地面。当需要详细描述地形时,有必要渲染大量的多边形以逼近真实的地形。当观察点远离地面时,可以简化数据量以提高渲染效率。而减少内存消耗的目的,就是使用ij0d技术。使用l0d技术的地形建模效果如图7所示鲲图8鲲图9。

为了具体解释lod技术带来的效率提升,表2比较了不同细节层次的多边形数量。每秒鲲帧(fps)使用鲲内存使用量鲲cpu(测试条件与上面相同)。从表2的性能比较可以得出结论,使用较低水平的细节在提高的渲染效率和降低的系统消耗方面具有优异的性能。由此可见,利用l0d技术实现大规模三维地形具有实用的工程价值。因此,在不同的观看高度使用不同级别的3D地形细节可以提高程序效率而不会失去视觉效果。

5性能比较

讨论了上述两种三维地形建模和实现技术。仍然需要比较这两种不同实现方法的优缺点。鉴于此,本文通过两种方法比较fps鲲内存消耗和相同数量多边形的cpu效率,并使用封装的cload3d类转换3dsmax文件。用于测试的计算机配置与上面的测试配置相同。性能比较的测试结果如表3所示。

从表3可以得出结论,渲染相同数量的多边形,OpenGL编程建模比3dsmax建模使用更少的内存消耗和更高的fps。因此,如果程序偏向程序执行的效率,最好使用OpenGL编程。

但是,3dsmax建模的优势也很明显。使用0pengl程序构建的3D模型外观粗糙,建模的直观性差。修改模型时,鲲的效率也较低。同时,建模过程繁琐,编程量大,3dsmax是一个专业的3D建筑。模型软件可以轻松构建对象模型并直观地构建模型而无需编程。该模型看起来更精细,并保留了许多细节。当程序要求具有复杂和详细外观效果的3D地形时,您应该考虑使用3dsmax建模。

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