数字地球平台Earth Exhibiter-国防科技大学

EarthExhibiter数字地球平台综述

1 概述

开发了一个数字地球平台－EarthExhibiter。EarthExhibiter在Windows XP操作系统下，基于VirtualPlanetBuilder（VPB）和OpenSceneGraph-2.9.5（OSG），采用Visual C++ 2005开发。VPB和OSG 可以从下载，它们都是开源的。

EarthExhibiter旨在提供一个数字地球平台框架，在此框架下，可以根据实际应用需求进行各种与三维虚拟环境相关的二次开发。

2 平台功能

作为基础平台框架，为了支撑与三维虚拟环境相关的二次开发，EarthExhibiter实现了以下主要功能：z实现了数字地球卫星影像、数字高程等基础地理数据的集成和可视化，构建了一个全球三维虚拟数字化环境。

z提供了方便友好的交互接口，用户能够方便地多角度、多方位观察，在全球范围虚拟环境中自由漫游，并实现了不同细节层次之间的平滑过渡。

z实现了三维模型的导入和表现，并能方便地对模型姿态、大小等进行调整，支持flt、3ds等格式。

z实现了星空、大气、雾效、日照等多种自然环境元素和现象的可视化，增强了数字地球的逼真效果。

z提供了场景图像、视频输出保存。

z提供了指北针、鹰眼视图等工具。

3 平台结构

EarthExhibiter平台由五个模块组成，其基本结构如图1所示。

图1 EarthExhibiter平台的基本结构

EarthExhibiter平台在用户进行应用程序二次开发过程中的作用和地位如图2所示。

图2 EarthExhibiter平台对应用程序开发的支撑作用

EarthExhibiter主要包含下列类，它们的层次结构如图3所示。其中，蓝色箭头表示调用关系，指向被调用类；绿色箭头表示继承关系，指向派生类。绿色字体表示OSG自带类，红色字体表示我们设计的核心类，黑色字体表示我们设计的常用类，蓝色字体表示独立的辅助类。

图3 EarthExhibiter的类层次结构

4 技术难点

为了支撑大规模、高精度虚拟环境仿真，EarthExhibiter解决了以下技术难点：

z海量数据实时调度技术。以1m分辨率的IKONOS卫星影像为例，覆盖全球的IKONOS影像数据量达到了1500TB，而对于分辨率更高的QUICKBIRD卫星影像来说，数据量就更大了。

z大规模场景绘制技术。EarthExhibiter面向的是全球虚拟环境的仿真，场景规模大，元素众多，通过场景图、LOD、视景裁剪等技术，对大规模场景进行有效管理和绘制。

z多分辨率地理数据无缝拼接技术。对于不同分辨率的地理数据，特别是高程数据，通过对其无缝拼接，实现不同分辨率数据之间的无级平滑过渡。

z高精度坐标转换技术。将地球近似为一个椭球体，与将地球近似为球体的传统方法相比，具有更

高的精度，更能满足某些仿真系统的需求。 5 作品创意 作品主要的创新点和创意包括：

z 从实用的角度出发，提供了一个数字地球平台框架，在此框架下，可以根据实际应用需求进行各种与三维虚拟环境相关的二次开发。

z 将地球近似为椭球体，与将地球近似为球体的传统方法相比，提高了仿真的精度，使数字地球更

接近于真实的地球。 z 在全球框架下对卫星影像、数字高程等基础地理数据进行集成和可视化，对全球地理环境进行多

尺度、多粒度、三维直观表现。通过友好的交互接口，用户能够很方便地实现在虚拟环境中无缝

漫游。

z 为了支撑面向实际应用的二次开发，实现了多种格式三维模型的导入、多种自然环境元素和现象的仿真，同时提供了场景图像、视频输出保存、指北针、鹰眼视图等功能和工具。 6 实例验证 为了证明EarthExhibiter 的实用性和易用性，我们基于EarthExhibiter 开发了一个“战场环境可视化系统”。该系统实现了多种战场环境元素的可视化，构建一个虚拟战场环境，直观表现各作战实体以及它们之间的相互对抗关系。该系统的运行界面如图4

所示：

a 系统启动界面

b 系统主界面

图4 系统运行界面

该系统对地理环境的表现效果如图5

所示：

a 数字高程

b 高分辨率卫星影像

c 城市建筑

图5 地理环境表现

系统对作战实体的表现效果如图6所示：

a 战斗机

b 雷达

c 卫星

d 导弹 图6 战场实体表现