中国矿业大学地学可视化与景观模拟实验报告

China University of Mining and Technology 《地学可视化与景观模拟实验报告》
学号：
姓名：
指导老师：余接情
班级：测绘13-2班
中国矿业大学环境与测绘学院
实验一ArcGIS 地形可视化
实验目的
了解地形可视化的基本方法，学会使用 ArcGIS 进行地形可视化增强。

实验内容
对给定的 DEM 分别做如下操作：
1）制作等高线
2）立体等高线
3）分成设色法显示地形
4）明暗等高线法显示地形
5）晕渲法显示地形
6）混合显示
实验要求
学号尾数为经度，班级为纬度每人下载一份 DEM 数据。

每人提交一份实验报告。

实验步骤及实验结果
1） DEM 数据下载——在下载过程中输入网址会进入下载网页。

如下图所示：下载第2行第24列。

2）用ArcGIS打开下载好的DEM如下图（由于原始的DEM比较大，所以我从原始数据中剪切一部分DEM作为本次实验数据）。

3）提取等高线；
4）制作立体等高线
5）分层设色法显示地形；
6）提取坡向；
7)提取背光面与受光面；
8）将受光与背光区域转为矢量；
9）将矢量受光与背光区域与等高线叠加；
10）明暗显示设置
11）明暗等高线结果图。

12）提取阴影。

13）设置透明度60%，结果如下。

实验结果
1、等高线+分层设色法
2、晕眩法+高度映射法
3、立体等高线+高度映射法+分层设色法
4、明暗等高线+高度映射法
实验体会
初步了解了Arcgis 软件的使用，对简单的操作技能有所加深，同时深刻体会到arcgis 软件的强大。

在实验过程中会遇到很多不懂得地方，一定要虚心请教老师和同学的帮助。

实验二OpenGL 编程入门
实验目的
了解 OpenGL 程序基本结构，掌握基本图元的创建及颜色的定义方法。

实验内容
1）采用指定图元及颜色绘制下列物体。

2）图示如下：
实验要求
每人一份独立完成实验，每人提交一份实验报告（封面、实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果、实验体会）。

实验过程和实验结果
新建项目与文件配置
#ifndef GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK #define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK #endif #include<windows.h> #include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glut.h>//包含相应的头文件
#pragma comment( lib, "glu32.lib")
#pragma comment( lib, "glut32.lib")
#pragma comment( lib, "glut32.lib")
void display(void);
void init(void);
int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize (800, 600);
glutInitWindowPosition (0, 0);
glutCreateWindow (argv[0]);
init();
glutDisplayFunc(display);
glutMainLoop();
return 0;
}
void init(void)
{
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);//用当前颜色清屏幕
glMatrixMode (GL_PROJECTION);//设置矩阵的模式
glLoadIdentity ();//将当前堆栈矩阵清零
glOrtho(0,1,0,1,-1,1);//设置平行投影矩阵
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity ();//将当前堆栈矩阵清零}
void display(void)
{
glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);//清除颜色缓存区
glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);//定义颜色
glBegin(GL_POLYGON);//构造几何图元
glVertex3f(0.25,0.25,0);
glVertex3f(0.75,0.25,0);
glVertex3f(0.75,0.75,0);
glVertex3f(0.25,0.75,0);
glEnd();
glFlush ();//强制刷新
}
#ifndef GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#endif
#include<windows.h>
#include <GL/gl.h>
#include <GL/glu.h>
#include <GL/glut.h>//包含相应的头文件#pragma comment( lib, "glu32.lib")
#pragma comment( lib, "glut32.lib") #pragma comment( lib, "opengl32.lib") void display(void);
void init(void);
int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize (800, 600);
glutInitWindowPosition (0, 0);
glutCreateWindow (argv[0]);
init();
glutDisplayFunc(display);
glutMainLoop();
return 0;
}
void init(void)
{
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);//用当前颜色清屏幕
glMatrixMode (GL_PROJECTION);//设置矩阵的模式
glLoadIdentity ();//将当前堆栈矩阵清零
glOrtho(0,1,0,1,-1,1);//设置平行投影矩阵
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity ();//将当前堆栈矩阵清零}
void display(void)
{
glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);//清除颜色缓存区
glColor3f (1.0, 0.0, 0.0);//定义颜色
glBegin(GL_POLYGON);//构造几何图元
glVertex3f(0.25,0.25,0);
glVertex3f(0.75,0.25,0);
glVertex3f(0.75,0.75,0);
glVertex3f(0.25,0.75,0);
glEnd();
glFlush ();//强制刷新
}
// openGL.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

//
#include "stdafx.h"
#include <stdlib.h>
#include <GL/glut.h> void background(void)
{
glClearColor(0.0,0.0,0.0,0.0); }
void myDisplay(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
/**************图形1***********/ glBegin(GL_LINE_STRIP);
glVertex3f(-10,8,0);
glVertex3f(-1,8,0);
glVertex3f(-1,6,0);
glVertex3f(-4,6,0);
glVertex3f(-4,4,0);
glVertex3f(-7,4,0);
glVertex3f(-7,6,0);
glVertex3f(-10,6,0);
glVertex3f(-10,8,0);
glEnd();
/******图形2*************/ glBegin(GL_LINES);
glVertex3f(1,8,0);
glVertex3f(10,8,0);
glVertex3f(10,8,0);
glVertex3f(10,6,0);
glVertex3f(10,6,0);
glVertex3f(7,6,0);
glVertex3f(7,6,0);
glVertex3f(7,4,0);
glVertex3f(7,4,0);
glVertex3f(4,4,0);
glVertex3f(4,4,0);
glVertex3f(4,6,0);
glVertex3f(4,6,0);
glVertex3f(1,6,0);
glVertex3f(1,6,0);
glVertex3f(1,8,0);
glEnd();
/********图形3***********/ glBegin(GL_QUADS); glColor3f(1,0,0);
glVertex3f(-10,2,0);
glVertex3f(-7,2,0);
glVertex3f(-7,0,0);
glVertex3f(-10,0,0);
glVertex3f(-7,0,0);
glVertex3f(-7,2,0);
glVertex3f(-4,2,0);
glVertex3f(-4,0,0);
glVertex3f(-7,0,0);
glVertex3f(-4,0,0);
glVertex3f(-4,-2,0);
glVertex3f(-7,-2,0);
glVertex3f(-4,0,0);
glVertex3f(-4,2,0);
glVertex3f(-1,2,0);
glVertex3f(-1,0,0);
glEnd();
/***********图形4**********/ glBegin(GL_POLYGON);
glColor3f(0,0,1);
glVertex3f(4,0,0);
glVertex3f(1,0,0);
glVertex3f(1,2,0);
glVertex3f(10,2,0);
glVertex3f(10,0,0);
glVertex3f(7,0,0);
glVertex3f(7,-2,0);
glVertex3f(4,-2,0);
glEnd();
/*********图形5**********/ glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP); glColor3f(0,0,1);
glVertex3f(-4,-8,0);
glVertex3f(-4,-6,0);
glVertex3f(-7,-8,0);
glVertex3f(-7,-6,0); glVertex3f(-5.5,-4,0); glVertex3f(-1,-4,0);
glVertex3f(-1,-6,0); glVertex3f(-5.5,-4,0); glVertex3f(-7,-6,0);
glVertex3f(-10,-4,0); glVertex3f(-10,-6,0);
glEnd();
/**********图形6*********/ glBegin(GL_TRIANGLES);
glColor3f(1,0,0);
glVertex3f(1,-6,0); glVertex3f(4,-6,0);
glVertex3f(1,-4,0);
glColor3f(0,0,1);
glVertex3f(4,-6,0); glVertex3f(1,-4,0);
glVertex3f(5.5,-4,0);
glColor3f(1,0,0);
glVertex3f(4,-6,0); glVertex3f(5.5,-4,0);
glVertex3f(7,-6,0);
glColor3f(0,0,1);
glVertex3f(7,-6,0);
glVertex3f(5.5,-4,0);
glVertex3f(10,-4,0);
glColor3f(1,0,0);
glVertex3f(7,-6,0);
glVertex3f(10,-4,0);
glVertex3f(10,-6,0);
glColor3f(0,0,1);
glVertex3f(4,-6,0); glVertex3f(7,-6,0);
glVertex3f(4,-8,0);
glColor3f(1,0,0);
glVertex3f(4,-8,0);
glVertex3f(7,-6,0);
glVertex3f(7,-8,0);
glEnd();
glFlush();
}
void myReshape(GLsizei w,GLsizei h)
{
glViewport(0,0,w,h);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
if(w <= h)
gluOrtho2D(-1.0,1.5,-1.5,1.5*(GLfloat)h/(GL float)w);
else
gluOrtho2D(-1.0,1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,-1.5,1.5);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glTranslatef(0.15,0.1,0.0); //平移
glScalef(0.1,0.1,0.0);//缩放
}
int main(int argc, char* argv[])
{ /*初始化*/
glutInit(&argc,argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB); glutInitWindowSize(500,500);
glutInitWindowPosition(200,200); /*创建窗口¨²*/
glutCreateWindow("实验二"); /*绘制与显示*/
background();
glutReshapeFunc(myReshape);
glutDisplayFunc(myDisplay);
glutMainLoop();
return 0;
}
实验结果
实验体会
理解图元定义，并基于图元绘制各种复杂图形，理解各种图元定义函数并能灵活运用。

学习到了很多知识，非常不错的一次实验。

实验三/四/五利用OpenGL绘制三维地形
实验目的
利用 OpenGL 对给定的 DEM 数据进行三维可视化。

实验内容
分别做如下操作：
1）用 ARCGIS 将 DEM.tif 转换为 ASCII 格式
2）使用 C 语言将 DEM 数据读入
3）显示地形
4）使用投影变换、几何变换并设置各参数。

5）通过 gluLookAt 改变默认视点位置
6）增加光照效果，设置光源。

实验要求
每人提交一份实验报告（封面、实验目的、实验内容、实验步骤、实验结果、实验体会）。

实验步骤
Dem数据转换
编程将转换的数据载入实验代码
#ifndef GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#define GLUT_DISABLE_ATEXIT_HACK
#endif
#include "stdio.h"
#include<windows.h>
#include<GL/gl.h>
#include<GL/glu.h>
#include<GL/glut.h>
#include<fstream>
#include<string>
using namespace std;
#pragma comment(lib,"glu32.lib")
#pragma comment(lib,"glut32.lib")
#pragma comment(lib,"opengl32.lib")
void display(void);
void init(void);
void reshape(int w, int h);
void keyboard(unsigned char key, int x, int y);
int dx = 0, dy = 0, bigger = 0, smaller = 0, MAX = 0;
long ncols;
long nrows;
long **data;//定义为全局变量，方便 display 调用
int main(int argc,char*argv[])
{
ifstream ifile("abc.txt"); //abc.txt 为原始DEM数据经处理后得到的文本数据，可自己定义路径
string temp;
double xllcorner, yllcorner, cellsize,
NODATA_value;
ifile >> temp >> ncols;
ifile >> temp >> nrows;
ifile >> temp >> xllcorner;
ifile >> temp >> yllcorner;
ifile >> temp >> cellsize;
ifile >> temp >> NODATA_value;// 读取头文件数据
data = (long
**)malloc(ncols*sizeof(long *));
for (long j = 0; j<ncols; j++)
{
data[j] =
(long*)malloc(nrows*sizeof(long));
}//动态二维数组定义
for (long i = 0; i<nrows; i++)
{
//printf("\n\n\n");
for (long j=0;j<ncols;j++)
{
ifile>>data[i][j];
//printf("%d ",data[i][j]);
}
}//读取灰度值数据，初始化
ifile.end;
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(500, 500);
glutInitWindowPosition(50, 50);
glutCreateWindow(argv[0]);
init();
glutDisplayFunc(display);
glutReshapeFunc(reshape);
glutKeyboardFunc(keyboard);
glutMainLoop(); return 0;
}
void init(void)
{
glClearColor(0, 0, 0, 0);
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
glOrtho(0, 1, 0, 1, -1, 1);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
glShadeModel(GL_SMOOTH);//设置着色模
式
glEnable(GL_DEPTH_TEST); //开启深度
测试
glEnable(GL_LIGHTING);//开启光照
glEnable(GL_NORMALIZE);//开启法向量自动规范化
//创建一个白色光源
GLfloat light_position[] = { -1.0,- 1.0, 0.0, 0.0 };
GLfloat light_ambient[] = { 1, 1, 1, 1.0 };
GLfloat light_diffuse[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
GLfloat light_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION,
light_position);
glLightfv(GL_LIGHT0,
GL_AMBIENT,light_ambient);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE,
light_diffuse);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR,
light_specular);
glEnable(GL_LIGHT0);
//启用第 0 个光源
}
void display(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT |
GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
//glColor3f(1,0,1);
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINES);
glPushMatrix();
glRotatef ((GLfloat) dx, 1.0, 0.0, 0.0);
glRotatef((GLfloat)
dy,0.0,1.0,0.0);
glTranslatef(0,0,bigger);
glTranslatef(0,0,smaller);
glTranslatef (-nrows/2, ncols/2, -MAX/2);
glPushMatrix();
GLfloat mat_ambient1[] = { 0.2, 0.2, 0.2, 1.0 };
GLfloat mat_diffuse1[] = { 0.8, 0.8, 0.8, 1.0 };
GLfloat mat_specular1[] = { 0.0, 0.0, 0, 1.0 }; glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, mat_ambient1); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse1);
glMaterialfv(GL_FRONT,
GL_SPECULAR, mat_specular1);
glTranslatef(1, 0, 0); glPushMatrix();
glColor3f(1, 1, 1); //gluLookAt (0, 0.0, 5, 0.0, 0.0,0,
0.0, 1.0, 0.0);
glBegin(GL_QUADS); for(long i=0;i<nrows-1;i++) { for(long j=0;j<ncols-1;j++) {
glNormal3f(data[i+1][j]+data[i][ j]-d
ata[i][j+1]-data[i+1][j+1],data[i][j]+dat a[i ][j+1]-data[i+1][j+1]-data[i+1][j],2); glVertex3f(j,i,0.06*data[i][j]);
glNormal3f(data[i+1][j]+data[i][ j]-d
ata[i][j+1]-data[i+1][j+1],data[i][j]+dat a[i ][j+1]-data[i+1][j+1]-data[i+1][j],2);
glVertex3f(j,(i+1),0.06*data[i+1 ][j]);
glNormal3f(data[i+1][j]+data[i][ j]-d
ata[i][j+1]-data[i+1][j+1],data[i][j]+dat a[i ][j+1]-data[i+1][j+1]-data[i+1][j],2);
glVertex3f((j+1),(i+1),0.06*data [i+1][j+1]);
glNormal3f(data[i + 1][j]
+ data[i][j] - data[i][j + 1]-data[i + 1][j + 1], data[i][j] + data[i][j + 1] - data[i
+ 1][j + 1]-data[i + 1][j], 2);
glVertex3f((j + 1), i,
0.06*data[i][j + 1]);
}
} glEnd(); glPopMatrix(); glPopMatrix(); glPopMatrix();
glFlush();
}
void reshape(int w, int h) {
glViewport(0, 0, (GLsizei)w, (GLsizei)h);
glMatrixMode(GL_PROJECTION); glLoadIdentity();
gluPerspective(60.0, (GLfloat)w / (GLfloat)h, 1.0, 2000);
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity();
gluLookAt(0.0, 0.0, 300, 0.0, 0.0,
0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
}
void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{ switch (key) {
case 'w':
dx = (dx + 1) % 360; glutPostRedisplay(); break; case 's': dx = (dx - 1) % 360;
glutPostRedisplay();
break; case 'a': dy = (dy + 1) % 360;
glutPostRedisplay();
break;
case 'd':
dy = (dy - 1) % 360;
glutPostRedisplay(); break;
case 'q':
bigger += 10;
glutPostRedisplay(); break;
case 'e':
smaller += 10;
glutPostRedisplay();
break;
default:
break;
}
}
运行结果截图如下：
实验体会
在这三个实验中自己学到了很多，从一开始什么都不懂到懵懵懂懂，再到后
来有一定的思路，这是一个艰难的过程，一个辛苦的过程，在对OpenGL各种函
数慢慢认识和熟悉的过程中发现编程语言也有很有趣的一面。

在这次实验中，明白了计算机可视化成图的基本原理和方法，首先要建立三
维模型，然后又各种投影变换，然后确可见面，在根据真实物体材质确定光照、
纹理等特征。

为自己的思路提供了一个清晰的画面。

增加了自己思维能力。

实验六VRML 创建三维场景
实验目的
学习 VRML 编程知识，掌握 VRML 基本编程技能
实验内容
分别做如下操作：
利用 VRML 构建具有地形、房子及汽车的三维场景并在该场景中实现汽车奔跑的动画。

其中，地形和房子的三维造型需通过原始数据自行构建，汽车造型通过 inline 方式载入已给定的 wrl 文件。

实验要求
撰写实验报告，内容包括：实验目的、实验内容、实验要求、实验步骤、实验结果。

报告要求有封面、标题、姓名学号等信息，格式要求规范。

实验数据部分截图：
实验代码
实验代码如下：
#VRML V2.0 utf8
Shape {
appearance Appearance {material Material {}
texture ImageTexture {
url["C:\abc.jpg"]} } geometry ElevationGrid {
xDimension 320
zDimension 220
xSpacing 1.0
zSpacing 1.0
creaseAngle 0.1
height[注；括号内为原始Dem数据]
}
}
Transform
{
rotation 0 1 0 0.677016
translation 186 16 92
children [
Shape {
appearance Appearance {material Material {}
texture ImageTexture {
url["C:\acd.jpg"]} }
geometry Box {
size 60 10 36
}
}
]
}
Group
{
children [
DEF car Transform {
children [
Inline {
url "C:\car.wrl"
bboxCenter 86 10 213
bboxSize 40 40 40
}
]
}
DEF clock TimeSensor {
cycleInterval 20
loop TRUE
}
DEF carpath PositionInterpolator {
key [0.00
0.25
0.50
0.75
1.00 ]
keyValue [
86 10 213
88 10 181
107 10 161
136 10 135
155 10 107]
}
]
}
ROUTE clock.fraction_changed TO carpath.set_fraction
ROUTE carpath.value_changed TO car.translatio
实验结果如图：
实验体会：
结合理论与实践了解了VRML编程的相关知识，对VRML语言有一定深入认识。

通过本次实验，我进一步掌握了课程所学知识，懂得了理论联系实践的应用，也增强了一定编程能力。

遇到问题及时向老师同学请教。

综上，本次实验不仅巩固了理论知识，又增强了个人动手能力。

在今后的学习过程中，我会再接再厉，不断提高自己的编程水平。