数字城市三维可视化技术(讲课)PPT课件

Index 4
Vertex 4
Index 5
Vertex 5
5
6
Index 6
Vertex 6
Vertex 7
Vertex 8
(a) 简单几何体
(b) 几何体索引表
图4-1-5 简单几何体的构成
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
在此我们将几何要素分为以下几大类: 圆柱体、 拉伸体、螺旋体、 多边形、 多边形面、 挤压体、 皮 肤、 球体以及参考。
纹理映射技术
纹理映射原理
纹理映射技术能对空间目标表面存在的丰富纹理信息进行 表述。
纹理映射技术可分为以下两步进行：
(1) 确定表面的哪些参数需定义成纹理形式，即确定纹理属性。
P
(2) 确定纹理空间与景物空间及景物空间与屏幕(u空,间v)之间的映射关系，
即定义下面的映射：
q
视点（ViewPoint）
图4-2-8 树和路灯在场景中的三维重建
4.主要技术难点及解决方法
图4-2-9 人在场景中的三维重建
“数字城市”三维可视化技术
三维场景的绘制与加速
三维绘制基本流程
三 维 建
几 何 变
投 影 变
三 维 裁
视 口 变
光 照 模
纹 理 映
显 示
模换换 剪换型 射
图4-3-1 三维显示流程
图4-3-3 GIS数据三维显示
1.概述
“数字城市”三维可视化技术
4.主要技术难点及解决方法
面向对象的模型重建 纹理映射技术 三维场景的绘制与加速 碰撞检测技术 特殊效果的绘制 基于数据库的信息查询与分析 三维场景的标准化输出
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
面向对象的模型重建
城市空间地物信息的分类
“数字城市” 三维可视化技术
数字地球与信息资源研究室
2004年10月11日
主要内容
“数字城市”三维可视化技术
1. 概述 2. 主要技术难点及解决办法 3. PowerCity3D系统系统简介 4. 部分成果演示
1.概 述
“数字城市”三维可视化技术
数字城市—信息时代发展的必然产物。 数字营区—数字城市的一个具体应用 广阔的应用前景和良好的经济与社会效益。
“数字城市”三维可视化技术
基于图像的地物模型重建
特点：
（1） （2）
（3）
图像绘制独立于场景复杂性，仅与所需生成画面的分辨率有关。 预先存储的图像（或环境映照）既可以是计算机合成，亦可以是实际 拍摄的画面，而且两者可以混合使用。 该绘制技术对于计算资源的要求不高，因而可以在普通工作站和微机 上实现复杂场景的实时显示。
全景图的创建步骤：
（a） 先将摄像机绕通过其光心的垂直轴线旋转，并采集一个连续照片序列； （b） 根据图片序列恢复摄像机焦距； （c） 最后将照片序列投影到圆柱面; （d）将相邻照片依次拼接形成圆柱面全景图。 （e）利用OpenGL或VRML等三维建模语言输出全景图
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
① 城市的建筑物 ② 城市的道路交通 ③ 城市管网系统 ④ 城市的地形地貌 ⑤ 植被 ⑥ 其他
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
面向对象空间数据模型
几何数据超类
栅格数据类
抽象点类(矢量数据)
DEM 数据类
纹理 数据类
实体点类
线类
GRID类
TIN类
简单几 何体类1
简单几 何体类2
Triangle 2
3 4
Object
Triangle Array Triangle 1 Triangle 2 Triangle 3
Index Array Index 1 Index 2 Index 3
Vertex Array Vertex 1 Vertex 2 Vertex 3
Triangle 4
简单Βιβλιοθήκη Baidu 何体类3
继承 复合
4.主要技术难点及解决方法
复杂几 何体类1
三角面类
简单几 何体类n
复杂几 何体类n
“数字城市”三维可视化技术
城市三维地形模型的建立
本系统利用等高线矢量数据生成Grid DEM，在算法上采用了移动曲面拟合 法DEM内插。内插中选择二次曲面作为拟合曲面。
Z A 2 x B x C 2 y y D E x F y （4－1－1）
T ( q ) P m ( P ) ( u ,v ) 图4-2-2 灰度立体图 图4-2-1 纹理映射过程 图4-2-3 纹理映射图
4.主要技术难点及解决方法
“数字城市”三维可视化技术
BillBoard技术
基本思想：
使用Alpha融合技术把一幅静态图像作为纹理映射到简单的几何平面 （Billboard）上，然后根据视点的位置变换平移或围绕物体本身旋转该平面， 使得视点始终与该平面正交，从而在视觉上图像的正面总是朝向观察者。
CSG 物体
Oper1
Oper2
Obj1
Obj2
Obj4
Oper3
4.主要技术难点及解决方法
Obj2
Obj3
图4-1-4 一个物体的CSG树形表示
“数字城市”三维可视化技术
简单几何体（Geometry）由三角面数组构成，可用如下的索引表
（图4-1-6，图4-1-7）表示。
Triangle 1 2 1
几何平面
纹理映射
Y α
纹理位图
图4-2-4 Billboard 纹理映射
4.主要技术难点及解决方法
Z
X
图4-2-5 Billboard 旋转示意图
BillBoard建模过程：
数据输入
“数字城市”三维可视化技术
影象处理
用 交互控制 户
坐标获取
立面绘制 混合纹理映射
三维输出
缩放、平移、旋转变换
图4-2-7 Billboard建模的过程
因此可对一些简单的几何实体用三角面进行拟合， 在此层面上用基于面的模型描述法（B-Rep）去描述 简单几何实体。然后用这些简单几何体进行正则集合 运算，构成复杂几何体，在此层面上用基于体元的模 型描述法（Constructive Solid Geometry）描述复杂几 何实体。
4.主要技术难点及解决方法
DEM内插
图4-1-2 等高线矢量图 4.主要技术难点及解决方法
图4-1-3 DTM三维格网图
“数字城市”三维可视化技术
基于图形的地物模型重建
本系统在面向对象数据结构的基础上，使用两种方法来进行模型的。综合 使用结构实体几何（Constructive Solid Geometry，或CSG）法和基于面的模型描 述法（B-Rep)来描述和构建地物的三维几何模型。