[發明專利]一種三維地理信息系統全球真實云層的仿真方法

在審

• 申請號: 201710909999.5
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107590280A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 陳超
• 申請（專利權）人: 武漢國遙新天地信息技術有限公司
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30;G06T17/05;G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及三維地理信息系統圖形仿真技術領域，尤其涉及一種三維地理信息系統全球真實云層的仿真方法。

背景技術

在三維地理信息系統圖形仿真技術上，在地球這樣大的空間尺度的三維場景中實時渲染符合真實云層分布的體積云，存在著存儲量大，運行效率低的問題。真實云層分布的最簡單直接的數據來源就是實時云圖。而實時云圖在二維中一般以平面圖像的方式展現，在三維地球仿真中，一般將云圖卷曲包圍在地球表面，也是以圖像的方式展現，缺乏立體感，真實感。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，而提出的一種運行效率高和圖像效果逼真等特點的三維地理信息系統全球真實云層的仿真方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種三維地理信息系統全球真實云層的仿真方法，包括以下步驟：

1)解析云圖，將云圖卷曲顯示在地球大氣層高度，并生成云圖緩存；

2)構建四叉樹結構的全球體積云瓦塊；

3)根據相機或視角的高度不同，調度體積云瓦塊；

4)通過在云圖緩存中采樣生成瓦塊中的云朵；

5)通過使用連續多張全球云圖，讓全球云層效果隨時間變化；

6)通過相機位置、云層高度和體積云瓦塊中心點位置實時調整云層的透明度。

進一步地，步驟1)包括，將.png格式的WGS84投影的云圖讀入內存，作為紋理貼在三維球體表面，形成一層半透明的球殼套在數字地球球殼外層；同時從云圖圖像數據中提取出每個像素的灰度和透明度，以灰度8位和透明度8位的格式緩存到內存中，以供生成真實體積云使用。

進一步地，步驟2)包括，以經度范圍(-180，180)、緯度范圍(-90,90)作為體積云四叉樹的根節點范圍，以根節點經緯度范圍為基礎，采用二分法獲得下一級別的四叉樹節點范圍，總共生成若干個級別的體積云瓦塊。

進一步地，步驟3)包括，根據相機或視角的高度不同，選取不同級別不同區塊的體積云進行顯示，離相機近的地方顯示高級別的瓦塊，離相機遠的地方顯示低級別的瓦塊，從而達到顯示效果和顯示效率的平衡，是否需要顯示更高一級瓦塊的計算方法；計算瓦塊投影到三維渲染窗口的投影面積，當投影面積大于一定數值時，則切換到下一級瓦塊。

進一步地，步驟4)包括，當某個瓦塊顯示出來時，在瓦塊中均勻選取若干個點，分別計算這些點的經緯度，然后將這個經緯度換算為實時云圖圖像的像素坐標(通過在WGS84投影的云圖像素坐標上進行線性映射)，根據像素坐標從云圖圖像緩存中獲取灰度和透明度值來生成體積云云朵，體積云云朵是通過將云朵圖片顯示在一個始終面向觀察者的正方形上進行顯示的，每個云朵在的高度是一個在云層高度附近的隨機值，每個云朵圖片的旋轉角度也是隨機的。

進一步地，當瓦塊中心點從云圖圖像緩存中獲取的透明度值小于0.5時，則整個瓦塊都不生成體積云云朵，當連續兩個點獲取到的透明度值都大于0.7時才生成一個體積云云朵。

進一步地，步驟5)包括，生成的兩張全球實時云圖也共同作為真三維體積云的數據來源，即生成體積云瓦塊中的云朵時，同時從兩張云圖中進行采樣，根據當前時間到前后兩張云圖的時間差，進行線性融合計算。

進一步地，步驟6)的調整方法是通過相機位置、云層高度和體積云瓦塊中心點位置這幾個參數，對每個云朵的透明度進行修正。

本發明具有以下有益效果：

1、全球實時云圖作為三維地理信息系統全球尺度三維體積云仿真的基礎數據來源，具有數據來源簡單、數據量小的特點；

2、全球實時云圖和真三維體積云融合顯示，全球視角下，只顯示云圖，當虛擬相機接近云層時，真三維體積云逐漸顯現出來，根據不同的相機視角展示不同細節層次的云層效果，具有連續性，清晰，高效，逼真的特點；

3、根據不同的空間時間，可以連續運用不同的實時云來構建不同的三維全球體積云，運用在大型地理信息系統EARTH View Image的三維地球界面上，真正仿真了全球不同時間的云層飄動變化；

4、使用全球實時云圖仿真三維全球體積云的方法計算效率高，存儲信息量小，實現了高效仿真的目的。

附圖說明

圖1為本發明實現過程的流程圖；

圖2為本發明的云圖示意圖；

圖3為本發明的體積云瓦塊四叉樹；

圖4為本發明云圖覆蓋在地球外的效果圖；

圖5為本發明近距離觀察的云圖；

圖6為本發明云圖變成體積云的效果圖；

圖7為本發明相機進入云層的效果圖；