二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化精品版.docx
- 文档编号:1639598
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:229.30KB
二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化精品版.docx
《二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化精品版.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化精品版.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化精品版
二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化
摘要
近几年来,随着计算机技术,特别是计算机图形学、网络、多媒体、三维仿真技术、虚拟现实技术的快速发展,给二维电子地图注入了新的活力,基于三维虚拟场景的三维电子地图正成为电子地图发展的一个重要方向。
但是三维虚拟场景又不可能完全取代二维电子地图。
最完美的解决方案是两者的有机集成。
本文研究的互响应思想有效地解决了当今独立的二维电子地图和独立的三维虚拟场景的各自不足之处,有机地结合了二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、现实性、直观性的优点,同时又克服了二维电子地图的抽象多义性和三维虚拟场景漫游的方向迷失感,真正做到了两者间的优势互补。
其中互响应的表现形式主要为以下几点:
用户在三维虚拟场景中漫游时,二维电子地图实时显示出相应的位置和视野(FOV);在二维电子地图中改变观察者位置,相应地在三维虚拟场景中视点跳到对应的位置。
在三维虚拟场景中改变视点位置,在二维电子地图中也跳到对应的位置;二维电子地图中进行目标属性信息查询的时候,三维虚拟场景的对应目标高亮显示;三维虚拟场景中进行目标属性信息查询的时候,二维电子地图的对应目标高亮度显示;实现空间和属性信息的双向查询,即可以从空间信息到属性信息的查询,也可以从属性信息到空间信息的查询;应用程序开始时,并不调入三维虚拟场景,只在用户需要观看三维虚拟场景的时候,在二维电子地图中拉框选择一块区域,实时动态地调入该块区域的三维虚拟场景;如果用户想观看沿某一条路径的三维虚拟场景中,可以在二维电子地图中选择一条路径,相应的在三维虚拟场景中将沿这条路径自动进行漫游。
论文还对二维电子地图和三维虚拟场景中的可视化以及互响应后的可视化问题进行了探讨。
对三维数据获取和创建三维模型库等几个关键问题进行了研究,其中对一些有用的细节技术如:
LOD(层次细节)、Billboard(公告牌)、Instance(实例)等进行阐述。
最后以贵阳市某区为实验数据,在VC++平台和Vega函数库下实现了二维电子地图和三维虚拟场景的互响应与可视化的集成。
关键词:
二维电子地图三维虚拟场景互响应可视化仿真技术Vegaii
引言
地图作为记录地理信息的一种图形语言形式,最为古老,久负盛誉。
传统的二维地图,作为常规性的测绘产品,是一种有效的地理空间信息载体,在人们认识地理环境,获取并分析应用地理信息中发挥了重要作用,是地理信息的重要表现形式。
随着计算机技术的快速发展,电子地图应运而生,电子地图在存储、编辑、管理、显示地图数据中发挥了重要作用。
计算机图形学、网络、多媒体、三维仿真技术、虚拟现实技术的快速发展,给电子地图注入了新的活力,其中基于三维虚拟场景的三维电子地图已成为电子地图发展的一个重要方向。
但是独立的二维电子地图和独立的三维虚拟场景都有着自身的不足之处。
二维电子地图对研究区域的宏观性和整体性把握有较大的优势,同时二维电子地图的符号抽象多义性,又给人们认识空间信息带来了一定的困难。
三维虚拟场景有着逼真的视觉效果,具有动态性、交互性、真实性等优势。
三维虚拟场景已在城市规划和设计、城市交通、城市仿真领域、大型工程浏览、军事指挥、测绘等部门得到了广泛的应用,但是用户在三维虚拟场景中漫游时,往往容易产生方向迷失感。
本文在研究了国内外地图可视化,地形三维仿真,地理信息系统三维可视化的基础上,提出了基于二维电子地图和三维虚拟场景的互响应思想,有机地结合了二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、现实性、直观性的优点,充分地发挥了两者的优势,同时又克服了二维电子地图的抽象多义性和三维虚拟场景漫游的方向迷失感。
通过互响应机制可以较好地解决两者之间的通讯问题。
第一章绪论
1.1地图学的基本概念
传统地图是在图纸上根据地图投影、地理坐标和比例尺,用各种地图符号(点状符号、线状符号、面状符号)和文字注记、颜色来表示一定区域内的地形、地貌、地物以及各种地理现象和社会经济现象。
地图有三个最基本的特性:
严格的数学基础、使用地图语言、实施制图综合[1]。
因此,地图是对地理空间信息的抽象化、符号化和可视化的描述。
这使得地图符号既是制图者表达地理空间信息的手段,又是地图使用者获取地理空间信息的工具和手段。
对于制图工作者,不仅要有很强的空间认知能力,还要能使设计的地图符合人们的认识规律,以使读图效果达到最佳;对于地图的使用者,除了具有良好的空间认知能力外,还要具有一定的读图经验,只有这样才能把二维平面地图上的空间信息转化到形象的三维地理空间之中。
地图作为记录地理信息的一种图形语言形式,最为古老,久负盛誉。
地图自古以来就是用图形表示事物,可以说是一种最早的可视化方式。
地图学则是研究以图形的、数字的或触觉的形式反映空间关联信息的结构、传输、表现和利用的科学,它包括在制作地图及有关空间信息产品中从数据获取到最终产品的所有阶段。
随着科学计算可视化的结合产生了地图可视化。
地图可视化是为视觉思维而进行的图形表示过程,其包括了地学和人文经济信息的视觉表达、交流以及地图视觉认知决策机理的理论与应用。
同时,还有侧重于地理信息系统的数据模型、多维数据显示、结构设计、多分辨率数据表达,各种动态、并行技术等等的研究。
也就是说,可视化技术带来了现代地图的新特征,如虚拟性、动态性、交互性以及网络性,引起了地图学的理论和实践的进步,拓宽了科学领域。
地图可视化目前已成为地理信息系统和现代地图学的研究热点[5]。
1.2地图新产品—电子地图
随着计算机技术和数字地图的出现和发展,产生了一种全新的地图图种—电子地图。
电子地图是以电子屏幕作为载体,以计算机作为处理工具,以地图数据库为基础,将地图空间与属性数据存放在地图数据库中的一种新型的地图。
与传统地图相比,电子地图有许多新的特性:
声、图文和数据多媒体集成,把图形的直观性、数字的准确性、声音的引导性和亲切感相结合,充分利用了读者的各种感官。
查询检索和分析决策功能,能够支持从地图图形到属性和从属性到图形的双向检索。
图形动态变化功能,从开窗缩放、浏览阅读等基本功能到地图动画功能、多维动画图形模拟等。
具有良好的用户界面,使读者介入地图的生成过程。
多级比例尺之间的相互转换,由于计算机屏幕幅面的限制和计算机潜在的计算功能和巨大的存储能力,要求具有多级比例尺不同程度的制图综合功能。
信息的存贮、更新以及通信方式较为简便,便于携带与交流。
与地理信息系统相比,电子地图所拥有的表达与显示空间信息的功能更强。
因此,电子地图具备地理信息系统的基本功能,并且具有在电子媒体上应用各种不同的格式来创建、存贮和表达地图空间信息的能力[3]。
近几年来,随着计算机技术,特别是计算机图形学、网络、多媒体、虚拟现实(VR)、三维仿真技术的快速发展,给电子地图注入了新的活力,电子地图正在向多媒体、网络、三维和时态等方向发展。
随之,出现了多媒体电子地图、网络电子地图、三维电子地图和时态电子地图,其中基于三维虚拟场景的三维电子地图是电子地图发展的一个重要方向,也是人们认识和表达空间地理信息的有力工具。
1.3论文研究的意义及主要内容
本文在研究了国内外地图可视化,地形三维仿真,地理信息系统三维可视化的基础上,提出了基于二维电子地图和三维虚拟场景的互响应机制,充分发挥了两者的优势,有机地结合了二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、现实性、直观性的优点,同时又克服了二维电子地图的抽象多义性和三维虚拟场景漫游的方向迷失感。
该集成系统将在城市规划和建设、城市交通、城市仿真领域、大型工程浏览、军事指挥、测绘部门有一定的实用价值。
论文研究的主要内容主要为二维电子地图和三维虚拟场景的互响应和可视化。
其中互响应部分包括:
互响应的基本原理、互响应的表现形式、互响应的总体实现流程、互响应的实现方法等。
可视化部分包括:
二维电子地图的可视化和三维虚拟场景的可视化,其中重点放在三维虚拟场景的可视化和互响应后的可视化。
具体的章节安排如下:
第一章、绪论;第二章、二维电子地图和三维虚拟场景;第三章、二维电子地图和三维虚拟场景的互响应;第四章、二维电子地图和三维虚拟场景的互响应的可视化;第五章、开发实例与应用;第六章结论与展望。
第二章二维电子地图和三维虚拟场景
2.1二维电子地图概述
传统的二维地图,作为常规性的测绘产品,是一种有效的地理空间信息载体,在人们认识地理环境,获取并分析应用地理信息中发挥了重要作用,是地理信息的重要表现形式。
二维电子地图以其宏观性、整体性、简洁性等优点,至今仍然是人们认识空间信息不可替代的重要工具。
我们生活在一个真三维的现实世界里,而二维电子地图只对处于三维空间中的各种地理对象全部进行向二维平面投影的简化处理,导致第三维方向(即垂直方向)上的几何位置信息、空间拓扑信息和部分语义信息的损失,不能完整地反映客观世界[7]。
因此,二维电子地图所表达的地理信息是凝固的、平面的。
所以二维地图具有以下三个明显的特点:
空间信息平面化、地理信息符号化、地图表现手段的静止化。
二维地图本质上是基于抽象符号的系统,还不能给人以自然界的本原感受。
二维地图的抽象性在一定程度上限制了人们获取空间信息。
例如:
一个十字形的地图符号在不同国家的不同种类的地图里,其代表的含义是完全不同的,它可以表达多种含义:
医院、墓地、教堂等。
这就给我们认识空间信息带来了一定的困难。
随着应用的进一步深入,第三维的高程信息显得越来越重要。
一些二维电子地图和图像处理系统现已能处理高程信息,但它们并未将高程变量作为独立的变量来处理,只将其作为附属的属性变量对待,虽能够表达出表面起伏的地形,但地形下面的信息却不具有,因此它们在国际国内也被俗称为2.5维的系统。
2.2三维虚拟场景概述
2.2.1三维虚拟场景
制约三维虚拟技术的发展主要在计算机的硬件设备和软件算法上。
如今计算机的硬件飞速发展是我们有目共睹的事实,现在的CPU速度越来越快,内存和显卡的显存也越来越大。
所有这些计算机硬件的快速发展,都为三维电子地图的广泛应用打下了坚实的基础,同时也为三维电子地图的研究和应用开辟了崭新的道路。
随着地图学和计算机图形学、三维仿真技术等的交叉融合发展,给传统的二维地图注入了新的活力。
基于三维仿真技术的三维虚拟地图以其直观的三维地形、地物代替了抽象的二维地图符号。
这使得地图超出了传统的地理信息符号化、空间信息水平化的状态,进入了动态、多维、可交互的地图条件下,通过直观的方式模拟人的地理空间认知方式以及进行各种空间地理分析的阶段。
与之相适应,地图制图从传统的地图符号的选择、制作、组织协调和绘制需要转变研究三维地形、地物的构建、以及分析应用模型的建立。
这一变化使得在研究地图学理论的地图传输理论、地图语言理论以及地图认知理论的同时,需要研究在三维虚拟地理环境中,模拟人在自然地理环境中(包括地下、地面、空中)进行地理认知、空间地理分析应用的理论。
所以,三维仿真技术在地图学上的应用贯穿了传统的制图和利用地图进行分析应用的全过程。
三维模型是不是地图符号?
这个问题人们很早就提出来了。
三维模型是否可以构成地图,关于这个问题在早期ICA关于地图学的定义中,三维模型均被认为是地图符号,这种观点应该是正确的、合理的。
只要地图数据的二维和三维可视化具有图例(地物可以识别),而且是可以度量的,那么它们均可被认为是地图。
虽然三维模型是一种地图符号,三维的符号表达方式与二维的符号表达方式却存在着一定的差异。
二维地图符号采取的是一种抽象的方式来表达地图要素。
人们往往要经过一定的训练才能读懂地形图上的地图符号的含义。
与此相反,三维模型具有现实性、直观性和逼真性的优点。
用户不需要经过任何的训练就能理解三维模型符号的含义。
三维虚拟场景虽然具有逼真的视觉效果的优点,但也存在一些不足之处,其中一个重要方面是在三维虚拟场景漫游时容易产生方向迷失感。
用户在三维虚拟场景中漫游的时候往往只能看到视野范围中的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 二维 电子地图 三维 虚拟 场景 响应 可视化 精品
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)