基于三维GIS的虚拟现实数字城市实现方法研究
2)用人工或半自动的方式借助软件基于影像获取(以建筑物屋顶数据为主)。通过该方法获取的数据重构的建筑物形状接近实际,但工作量仍然很大(如上图(b))。
3)以研究算法为主,从影像中直接提取建筑物高度以及其他信息。这是一种高效的方法,但目前还不适于进行大批量数据的自动处理(如上图(c))。
4)用Airborne Laser Scanner结合空中影像,经过算法处理提取建筑物高程、纹理以及其他数据;该方法获取速度快,但后续处理工作量大,费用可观,是一种很有发展前途的方法 (如上图(d))。
5)用Laser ranger finder结合CCD相机从地面获取建筑物高度及纹理数据;该方法获取速度快、但工作量大,且后续处理工作量也很大。
二、纹理数据获取
由于航空影像很容易得到,因此地形纹理与建筑物顶部纹理较易获取,相对而言建筑物侧面纹理的获取遇到了与建筑物高度获取同样的问题,目前学者们提出的获取方法可以概括为如下几种:
1)由计算机做简单模拟绘制。这种方法采用了矢量纹理,其优点是数据量少、建立的模型浏览速度快,但缺乏真实感 (如上图(d))。
2)地面摄影像片直接提取。这种方法需要用相机拍摄大量的建筑物侧面照片,其获取速度慢,且涉及数据量大,后续处理工作量也很大,但所建模型真实感强 (如上图(b))。
3)根据摄影像片由计算机生成。对具有相似的纹理的建筑物,使用计算机提取其特征纹理,对这些建筑物进行批系统中获取这些数据的方法。
2.2 系统获取第三维空间数据方法
数字测图系统MAPSUV+全站仪(外业,软硬件)采集的数据,经数字测图系统MAPSUV (内业,软件)处理后的文件SUV是数字测图成果三维虚拟现实系统的数据源。
从SUV文件中可获取的信息有:
DEM,地物的平面几何要素,居民房屋的层数。
第3维空间数据地物高度和,无法获取。如何获取这些数据成了一个难点。
为了自动化地、快速地生成一种简单的与MAPSUV系统生成的平面图完全对应的三维图象,我们最终采用了下述方法:
一、地物高度数据的获取
从SUV文件中获取房屋层数,给每层赋予2.5m的高度值,植被及其它地物根据其所表示现实中地物的常规高度赋予高度值,这个高度值用户可以修改。
二、纹理数据的获取
系统自动地根据编码,给每种地物分配一定的纹理数据。用户可以进行实地拍摄提取纹理,然后修改地物纹理信息。如上图,一个植被编码对应一个纹理文件(植被图片文件),一个房屋对应两个纹理文件:屋顶和墙面。
3 数据建模
当前三维建模方法可分为基于图形的三维虚拟现实和基于图像的三维虚拟现实;按开发语言可分为基于OpenGL的三维虚拟现实、基于DirectX的三维虚拟现实和基于Internet的三维虚拟现实。
3.1 三维模型的几何描述
一、边界表示法(BR法:Boundary Representation Scheme)
边界表示法是以物体边界为基础的定义和描述三维物体的方法,它能给出完整和显式的界面描述。边界表示的数据结构一般用体表、面表、环表、边表和顶点表5层描述。
更多描述
边界表示法强调物体外表的细节,详细记录构成物体的所有几何元素的几何信息及其相互间的联接关系即拓扑信息。边界表示的缺点是数据量大,数据关系复杂。它对物体几何特征的整体描述能力弱,不能反映物体的构造过程和特点,也不能记录物体的组成元素的原始特征。目前边界表示是三维模型表示中使用最广泛的表示方法之一。
边界表示法的关键是如何表示一个3D表面。表面的表示方法大致分为代数表示和参数表示两种,代数表示又分为隐式表示和显式表示。
显式表示为:S={(x,y,z)∶z=f(x,y)}
隐式表示为:S={(x,y,z)∶F(x,y,z)=0}
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