[發明專利]一種真實空間三維地理實體的立體虛擬顯示方法

有效

• 申請號: 201310255749.6
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103337095A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 李景文;陸妍玲
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G02B27/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于地理信息系統(GIS)技術領域，特別涉及一種在真實空間中的三維地理實體的立體虛擬顯示方法，該方法通過三維立體的投影仿真，將現實世界中的地理實體按照一定的比例在真實空間中實現原型虛擬可視化投影顯示。

背景技術

虛擬現實(virtual?reality)是指利用計算機生成逼真的三維視覺、聽覺、觸覺等感覺形式的虛擬世界，在計算機虛擬環境下對場景進行觀看和隨意漫游。在地理信息系統應用中，通過三維地物的建模和紋理映射，實現在計算機屏幕或二維墻面平面上得到三維真實感的圖形圖像顯示。常見的表達三維效果的方式是基于傳統的計算機圖形學和圖象處理技術，采用二維計算機屏幕顯示旋轉的2D圖像；或通過佩戴專用眼鏡盒輔助設備，運用視差效果來實現三維顯示，解決在觀看過程中視角和位置變化的問題。

目前虛擬現實顯示模式始終局限在計算機屏幕或者二維墻面屏幕中，三維顯示方式只有心理景深，沒有物理景深，限制了觀眾對于地形地物的三維視覺、聽覺和觸覺等感覺形式的虛擬世界的仿真效果，而且不能滿足多人同時觀察和及時交互。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，以傳統的三維數據格式為基礎，通過對不規則地理實體及復雜地形的建模，構建針對真實空間三維立體顯示的數據結構，提供一種真實空間三維地理信息立體虛擬顯示方法，使現實世界中復雜的地理實體通過復雜計算和投影仿真實現在真實空間中模擬顯示虛擬場景，讓觀眾置身于真實空間親身感受三維立體顯示的模擬場景，從而實現人們對三維圖像的原型立體展示，不再只限于在二維屏幕中觀看三維影像。

本發明的思路：從真實空間三維立體投影對數據格式的特殊要求出發，對三維立體顯示的地理實體海量立體數據進行預處理，去除冗余數據，獲得有效三維實體數據；然后對地理實體數據進行不規則地物的三維建模，獲得三維立體顯示中多個角度的分視圖，結合真實空間三維立體顯示技術，進行處理和優化；根據真實空間三維立體顯示成像原理，分析動態三維實體成像原理，在真實空間中建立立體投影體系，將構建的三維地形地物模型以一定的比例投影在真實空間中，實現三維地理信息的立體仿真顯示。

具體步驟為：

(1)建立地理信息三維視景數據庫：

將地形地物中的地理實體定義為真實空間三維立體顯示技術中的基本單位，簡稱Entity，一個實體則對應為地形地物中心點為采樣點的一個小長方體，值為采樣點的采樣值，表示為：

E={x,y,z}x,y,z∈R。

定量設定相應實體的基本特征值包括實體的幾何特征、光學特征、時間特性，由于真實空間三維數據信息比較豐富，數據量也很大，而且是和計算機圖形圖象處理等算法相結合，因此把該類數據格式定義為真實空間三維實體數據格式-True3D?Entity?File?Format，簡稱TEF格式，表示為：

TEF={空間編號，坐標類型，坐標值，顏色，[亮度]、[透明度]}。

其中，坐標值={x,y,z}；坐標類型={轉換坐標、物理坐標、設備坐標}，轉換坐標是實體數據所用的坐標，或者是建模系統所默認的坐標系，物理坐標是實體數據轉換到三維圖象空間后所處的物理坐標，設備坐標是投影體系所采用的坐標系。

轉換TEF數據生成三維建模文件格式，對實體數據進行坐標轉換到設備坐標中，并以實體的轉換坐標來確定所產生的三維數據，紋理數據來自地面、高空拍攝的照片，并因此生產視景數據特征；構造基體、物體、子場景三維實體模型，對各類數據進行一致性處理，去掉冗余數據生成特征物3D模型、地形表面，在地形表面加入特征物；整合后，加入其他的3D模型，建立三維視景數據庫。

(2)構建三維地理實體場景模型：

三維數據經過實體要素生成后，就形成了一個以實體為單位的真實空間三維數據；由于三維物體空間是由離散的實體數據構成的，因此對其進行的三維圖像變換叫做體視見；在真實三維空間中，三維物體的描述沒有物體的幾何描述，只有離散的實體數據，因此，根據其運動特征來激活實體要素是實現真實空間三維效果的關鍵，實體的要素集為：

E＝{x,y,z}。

當屏幕運動到z=z_i的時候，產生一個二維圖象，因此通過實體要素集中令z=z_i獲得二維圖象集，即：

E_i＝{x,y,z|z＝z_i}。