[發明專利]面向ERDAS Virtual GIS的植入式真三維立體渲染方法

有效

• 申請號: 200910025101.3
• 申請日: 2009-02-20
• 公開（公告）號: CN101540056A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 閭國年;溫永寧;盛業華;吳明光
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G09G5/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本發明涉及三維可視化技術領域，具體涉及一種面向ERDAS?Virtual?GIS軟件的植入式真三維立體渲染方法。?

背景技術

隨著計算機技術的發展，立體顯示已經成為環境仿真、模擬訓練以及規劃設計等領域常用的技術手段，甚至開始與電影、電腦游戲等結合產生立體電影和真三維游戲融入人們的日常生活。衛星影像作為一種重要的空間數據，與DEM的疊加顯示可以產生逼真的三維效果，ERDAS公司的Virtual?GIS在遙感影像的基礎上，可以疊加各種三維地物，是一種重要的三維GIS軟件。?

在三維應用中實現立體視覺是一種潮流，在單一顯示設備上觀察到立體景物，需要將左、右眼所看到的影像各自獨立分開，然后通過特定的外置設備使左右眼看到不同的影像而通過大腦的生理作用形成立體視覺。傳統的立體顯示需要專業的設備進行立體顯示，包括支持左右緩存的顯卡和支持雙通道顯示的立體顯示設備。基于上述技術，產生了廣為流行的虛擬現實技術，在機器仿真、戰場模擬等領域得到了廣泛的應用。但是，由于需要專業設備，成本高昂，也限制了立體顯示技術的應用，所以立體顯示的應用不能得到推廣，大量的三維程序還是采用單通道技術進行顯示，缺乏立體感，失去了三維程序應有的立體顯示特性。同時，由于立體顯示需要專門硬件，特殊的編程技巧，也造成了大量的程序在開發時沒有考慮立體顯示特性，沒有在程序?中實現支持立體顯示的功能，使得這些程序即使在有立體顯示功能的硬件上也不能顯示立體。這些程序占據了現在三維顯示程序的絕大部分，ERDASVirtual?GIS也沒有突破上述限制，其在建模過程中，用戶還是只能看到單通道的透視三維，不能實現真三維的立體顯示，不能達到最佳的應用效果。?

發明內容

本發明所要解決的問題在于克服ERDAS?Virtual?GIS軟件在三維顯示中存在的不足，實現對原軟件不加修改的真三維立體顯示。本發明的核心是利用三維渲染的基本原理，通過攔截顯卡結果幀圖像中顏色數據和深度數據，解析生成結果幀圖像的投影變換矩陣，應用三維渲染的基本原理以及重構柵格化的三維場景，在此場景基礎上，應用立體視覺原理，生成立體像對，基于不同的立體顯示模式，驅動顯卡進行立體輸出。?

本發明依賴的技術基礎是計算機圖形學中關于三維渲染的基本模型，即ERDAS?Virtual?GIS軟件使用的3D?API(當前在Windows下使用OpenGL)的三維渲染的基本模型，包括三維渲染流水線、頂點的變換流水線、Z緩沖區算法等。實現依據是OpenGL?API和顯卡，兩者均是基于該基本模型進行工作的。本發明在不更改ERDAS?Virtual?GIS源代碼、二進制代碼或計算機硬件結構的情況下，使該計算機軟件實現雙目視覺的立體真三維顯示與觀測。?

計算機三維顯示的基本原理是將三維場景經過幾何變換和光照處理以及柵格化之后，生成一幅二維柵格圖像在輸出設備上輸出。三維場景中包含一系列的三維對象，三維對象是由一系列頂點構成的幾何圖元(包括點，線和三角形)組合而成。頂點是一個包含三維空間位置及其對應的渲染參數的坐標點。首先對頂點數據進行透視坐標變換和光照處理。在坐標變換階段，描?述物體幾何形狀的頂點被變換到視點為中心的坐標系下，再進行光照計算確定每個頂點應該具有的顏色和亮度。計算機圖形學的基本顯示單元是像素，這些幾何對象被柵格化成像素，最后這些像素被送到幀緩存中等待顯示，如圖2所示。?

在三維圖形渲染中存在著一系列的坐標變換，最后將物體本身的坐標變換成二維屏幕上的像素坐標。這些坐標變換都是將上一步變換結果作為輸出的，構成一個頂點坐標變換的流水線，如圖3所示。所有三維對象的坐標均被統一到了同一個坐標系下，經過投影和裁剪形成規格化的坐標，通過柵格化變換形成圖像像素。?

Z緩沖區算法又稱深度緩沖算法。由于二維平面坐標在透視投影下可以對應無限多個三維坐標。所以柵格化的幾何對象包含了每個像素對應的到視點稱為深度值的參數，如果柵格化幾何對象像素的深度值小于原來像素，就用這個像素的值代替原來位置的值，這就保證了總是距離視點最近的像素被保存下來。?

針對以上原理，實現本發明目的的技術方案是：?

面向ERDAS?Virtual?GIS軟件的植入式真三維立體渲染方法，該方法包括以下步驟：?

步驟(1)針對ERDAS?Virtual?GIS使用的3D?API進行監控與渲染數據攔截；?

步驟(2)利用場景變換矩陣和投影變換矩陣重構柵格化的三維數據；?

步驟(3)自適應屏幕分辨率和人的眼基距設定兩個不同的視點位置并生成立體像對；?