三維電子地圖的可視化技術(shù)

電子地圖分析與導(dǎo)航三維電子地圖的可視化技術(shù)《電子地圖分析與導(dǎo)航》課程組目錄CONTENTSOpenGL介紹三維場(chǎng)景可視化0102OpenGL介紹01OpenGL（英語：OpenGraphicsLibrary，譯名：開放圖形庫或者“開放式圖形庫”）是用于渲染2D、3D矢量圖形的跨語言、跨平臺(tái)的應(yīng)用程序編程接口（API）。這個(gè)接口由近350個(gè)不同的函數(shù)調(diào)用組成，用來從簡(jiǎn)單的圖形比特繪制復(fù)雜的三維景象。而另一種程序接口系統(tǒng)是僅用于MicrosoftWindows上的Direct3D。OpenGL常用于CAD、虛擬實(shí)境、科學(xué)可視化程序和電子游戲開發(fā)。OpenGL的高效實(shí)現(xiàn)（利用了圖形加速硬件）存在于Windows，部分UNIX平臺(tái)和MacOS。01OpenGL介紹OpenGL的主要功能1.建模：不但有簡(jiǎn)單的點(diǎn)線面還提供了復(fù)雜的三維物體（球、錐等）以及復(fù)雜的曲線曲面（Bezier、Nurbs等）繪制函數(shù)；2.變換：主要包括基本變換（平移、旋轉(zhuǎn)等）和投影變換（平行、透視投影等）；3.顏色模式設(shè)置：RGBA模式、ColorIndex顏色索引；4.光照和材質(zhì)設(shè)置：OpenGL光有輻射光、環(huán)境光、漫反射光、鏡面光；材質(zhì)是用光反射率來表示的。場(chǎng)景中物體最終反映到人眼的顏色是光的RGB分量和材質(zhì)的RGB分量疊加形成的；01OpenGL介紹OpenGL的主要功能5.紋理映射：主要表達(dá)物體表面的細(xì)節(jié)；6.位圖顯示和圖像增強(qiáng)：圖像功能除了基本的復(fù)制和圖像象素讀寫外，還提供融合（Blending）、反走樣（Antialiasing）、霧柔化（Fog）等特殊的圖像處理效果；7，雙緩沖（DoubleBuffering）動(dòng)畫：雙緩沖即前臺(tái)緩沖和后臺(tái)緩沖。后臺(tái)計(jì)算場(chǎng)景、產(chǎn)生畫面，前臺(tái)顯示后臺(tái)已經(jīng)計(jì)算好的畫面；01OpenGL介紹OpenGL的主要功能8，交互技術(shù)：主要是提供三種工作模式：繪圖模式、選擇模式和反饋模式。繪圖模式完成場(chǎng)景的繪制，可以借助物體的幾何參數(shù)及運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)、場(chǎng)景的觀察參數(shù)、光照參數(shù)和材質(zhì)參數(shù)、紋理參數(shù)、OpenGL函數(shù)的眾多常量控制參數(shù)、時(shí)間參數(shù)等和Windows對(duì)話框、菜單、外部設(shè)備等構(gòu)成實(shí)時(shí)交互的程序系統(tǒng)。在選擇模式下，則可以對(duì)物體進(jìn)行命名，選擇命名的物體，控制對(duì)命名的物體的繪制。而反饋模式則給程序設(shè)計(jì)提供了程序運(yùn)行的信息，這些信息也可反饋給用戶，告訴用戶程序的運(yùn)行狀況和監(jiān)視程序的運(yùn)行進(jìn)程。9,其它：利用OpenGL還能實(shí)現(xiàn)深度暗示（DepthCue）、運(yùn)動(dòng)模糊（MotionBlur）等特殊效果。01OpenGL介紹OpenGL的基本原理OpenGL是一個(gè)硬件發(fā)生器的軟件接口，其主要目的是將二維、三維物體繪制到一個(gè)幀緩沖里，它包括幾百個(gè)圖形函數(shù)。開發(fā)者主要利用這些函數(shù)來建立三維模型和進(jìn)行三維實(shí)時(shí)交互。1.圖元操作和指令OpenGL能夠從多種可選擇的模式畫圖元，而且一種模式的設(shè)置一般不會(huì)影響其他模式的設(shè)置，無論發(fā)生什么情況，指令總是被順序處理，也就是說，一個(gè)圖元必須完全畫完之后，后繼圖元才能影響幀存。01OpenGL介紹OpenGL的基本原理2.圖形控制OpenGL提供諸如變換矩陣、光照、反走樣方法、像素操作等參數(shù)來控制二維和三維圖形的繪制。它并不提供一個(gè)描述或建立復(fù)雜幾何物體的手段。OpenGL提供的是怎樣畫復(fù)雜物體的機(jī)制而非描繪復(fù)雜物體本身的面面俱到的工具。即OpenGL是過程性的而非描述性的。3.執(zhí)行模式OpenGL命令的解釋模式是客戶/服務(wù)器模式的，即由客戶發(fā)布命令，命令由OpenGL服務(wù)器（解釋器）來處理，服務(wù)器可以運(yùn)行在客戶在相同的或不同的計(jì)算機(jī)上，基于這一點(diǎn)，OpenGL是網(wǎng)絡(luò)透明的。01OpenGL介紹OpenGL圖形操作步驟：步驟1，設(shè)置像素格式：主要包括建立OpenGL繪制風(fēng)格、顏色模式、顏色位數(shù)、深度位數(shù)等；步驟2，建立模型：建立三維模型；步驟3，舞臺(tái)布景：如何把景物放置在三維空間的適當(dāng)位置，設(shè)置三維透視視覺體以觀察場(chǎng)景；步驟4，效果處理：設(shè)置物體的材質(zhì)（顏色、光學(xué)性能及紋理映射等）加入光照及光照條件；步驟5，光柵化：把景物及其顏色信息轉(zhuǎn)化為可在計(jì)算機(jī)上顯示的像素信息。01OpenGL介紹三維場(chǎng)景可視化021.基本圖元的顯示頂點(diǎn)：用浮點(diǎn)值表示點(diǎn)稱為頂點(diǎn)（Vertex）。所有頂點(diǎn)都是三維的，用二維坐標(biāo)（x，y）定義的點(diǎn)，其z值默認(rèn)為0.為表達(dá)復(fù)雜目標(biāo)的真實(shí)感圖形，在頂點(diǎn)處計(jì)算下列屬性坐標(biāo)。幾何坐標(biāo)法向坐標(biāo)顏色坐標(biāo)紋理坐標(biāo)02三維場(chǎng)景可視化1.基本圖元的顯示線：線代表線段（Linesegment），由一系列頂點(diǎn)順次連接而成，有閉合和不閉合兩種。線的幾何屬性顏色（關(guān)閉光照）02三維場(chǎng)景可視化1.基本圖元的顯示面：多邊形是由一系列線段依次連接而成的封閉區(qū)域，這些線段不能交叉，區(qū)域內(nèi)不能有空洞，多邊形必須是凸多邊形，否則不能正確顯示。多邊形可以是平面多邊形，即所有頂點(diǎn)在一個(gè)平面上，也可以是空間多邊形。顏色坐標(biāo)法向坐標(biāo)02三維場(chǎng)景可視化1.基本圖元的顯示02三維場(chǎng)景可視化2.紋理疊加技術(shù)3.霧化技術(shù)象素（R、G、B）疊加深度技術(shù)4.動(dòng)態(tài)顯示技術(shù)非實(shí)時(shí)：視頻實(shí)時(shí)RealtimeLOD（Leve