[發(fā)明專利]基于三維數(shù)字地球的物理仿真系統(tǒng)及其使用方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910326506.4
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN110163964A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王輝;占偉偉;蕢露超;王小蘆;袁思佳;劉加銀;李瑤;周傳龍;趙鵬;李彩萍;朱皓俊;李海東;周曉明;毛彥清;暢磊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所;北京市遙感信息研究所
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T17/10;G06T13/20;G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發(fā)明公開了一種基于三維數(shù)字地球的物理仿真系統(tǒng)及其使用方法，其系統(tǒng)包括三維數(shù)字地球、可視化場景編輯和物理仿真引擎：三維數(shù)字地球部分提供對地球的三維模擬仿真能力，具備對全球地理信息數(shù)據(jù)的管理、組織與顯示功能，是整個(gè)物理仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)顯示平臺；可視化場景編輯部分提供對物理實(shí)體的流程化編輯，以可視化的方式，實(shí)現(xiàn)動畫場景與物理屬性的快速構(gòu)建與設(shè)定；物理仿真引擎部分提供適用于全球尺度的物理狀態(tài)分析與計(jì)算能力。本發(fā)明將三維數(shù)字地球與物理引擎技術(shù)結(jié)合，綜合考慮地球表面地表起伏形態(tài)與地球曲率因素，從而可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字地球中局部至全球不同尺度場景內(nèi)物理狀態(tài)的真實(shí)表達(dá)，為軍事演習(xí)等提供了演練部署平臺。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物理仿真與三維地理信息系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維數(shù)字地球的物理仿真系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)

三維數(shù)字地球以多源遙感影像、矢量地形圖、數(shù)字高程模型、三維數(shù)字城市模型、傾斜攝影模型、街景影像數(shù)據(jù)等海量多源地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對地球表面地形地貌的多尺度多角度三維可視化表達(dá)，具備對日、月、云、星空、海洋、雨雪雷電等自然對象與自然狀態(tài)的模擬仿真能力。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可在城市規(guī)劃、作戰(zhàn)演習(xí)、國土安全等多領(lǐng)域提供輔助分析決策的能力。

物理引擎技術(shù)是使用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體之間物理狀態(tài)與物理屬性計(jì)算的技術(shù)?，F(xiàn)今，物理引擎技術(shù)已在游戲領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)剛體、柔體等特性模擬，但是，應(yīng)用場景多局限于小規(guī)模平面區(qū)域，未深入結(jié)合全球大范圍尺度，未曾考慮地球曲率因素與真實(shí)地表起伏因素。

三維數(shù)字地球具備場景尺度大、運(yùn)動模擬復(fù)雜、表達(dá)多樣性等特點(diǎn)，并且，現(xiàn)有三維數(shù)字地球系統(tǒng)以靜態(tài)展現(xiàn)各尺度場景為主，輔以三維動畫與特效，可實(shí)現(xiàn)對各種地理空間信息數(shù)據(jù)的靜態(tài)展現(xiàn)和分析，以及動態(tài)場景的直白描述。其中，動態(tài)場景描述無法表達(dá)地球表面物理實(shí)體之間的作用關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中僅具備簡單描述動態(tài)場景能力，不具備輔助分析功能，表達(dá)單調(diào)且不符合現(xiàn)實(shí)情況。同時(shí)，現(xiàn)有的物理引擎技術(shù)僅適用于局部平面場景，例如商業(yè)游戲中人物與墻面之間的碰撞等，不適用與全球尺度范圍內(nèi)球體表面物理實(shí)體間物理關(guān)系的計(jì)算與可視化表達(dá)。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于三維數(shù)字地球的物理仿真系統(tǒng)及其使用方法，其將三維數(shù)字地球與物理引擎技術(shù)結(jié)合，綜合考慮地球表面地表起伏形態(tài)與地球曲率因素，從而可實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字地球中局部至全球不同尺度場景內(nèi)物理狀態(tài)的真實(shí)表達(dá)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于三維數(shù)字地球的物理仿真系統(tǒng)，包括三維數(shù)字地球、可視化場景編輯和物理仿真引擎。

所述三維數(shù)字地球部分提供對地球的三維模擬仿真能力，具備對全球地理信息數(shù)據(jù)的管理、組織與顯示功能，是整個(gè)物理仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)顯示平臺。

所述可視化場景編輯部分提供對物理實(shí)體的流程化編輯，以可視化的方式，實(shí)現(xiàn)動畫場景與物理屬性的快速構(gòu)建與設(shè)定，而達(dá)到無需修改代碼即可構(gòu)建新場景的能力。

所述物理仿真引擎部分提供適用于全球尺度的物理狀態(tài)分析與計(jì)算能力，提供多種典型的物理算法，是整個(gè)系統(tǒng)具備物理特性的基礎(chǔ)。

進(jìn)一步地，所述三維數(shù)字地球部分包括以下功能模塊：

數(shù)據(jù)管理與組織部分主要負(fù)責(zé)地理信息數(shù)據(jù)的管理，數(shù)據(jù)包括矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、街景數(shù)據(jù)、傾斜攝影模型數(shù)據(jù)等，提供高效的組織形式，實(shí)現(xiàn)場景的快速調(diào)度；

地理信息分析部分提供典型的地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域分析功能，包括可視與分析、導(dǎo)航規(guī)劃、緩沖區(qū)分析等；