基于Unity3D虚拟战场真实地形创建技术研究

2017年第4期信息通信2017

(总第172 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. No 172)

基于Unity3D虚拟战场真实地形创建技术研究

杨奎河，李一,郭东方

(河北科技大学，河北石家庄050018)

摘要:针对虚拟战场真实地形的基本要素，研究了基于lM y3D开发引擎的虚拟战场真实地形的创建具体流程。并虚拟战场真实地形的精度高、复杂度高、实时性、动态性等特点，采用LOD算法进行了动态地形的渲染，实现了真实，流畅的渲染效果〇关键词:Unity3D;真实地形;LOD算法

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A文章编号:1673-1131( 2017 )04-0107-02

〇引言2创建地形关键技术研究

虚拟战场真实地形的创建是进行虚拟战场研究的基础。本技术的主要特点是:创建的地形是基于真实DEM高程图数 据的，精度较髙。动态渲染相对来说就会对性能的要求较大 —些。因此，本文对地形大规模动态渲染采用了 LOD算法。并且对高程图获取，地形纹理，道路交通，山丘河流等地表细 节等关键技术进行了相关探讨。该项研究对于之后进行虚拟 现实开发的项目中有关真实地形创建具有很好的借鉴作用。2.1地形数据获取

建立虚拟战场真实地形首先需要的是真实的地形参数，主要包括DEM和与之相对应的卫星图数据，以及一些相关的 纹理数据和文化特征数据。

MaptileDownloader提供了卫星遥感数据获取的向导，通 过逸择对应的地理位置信息，然后进行一系列的设置,最后就 可以生成带有有地理信息的tiff格式卫星遥感数据。

1虚拟战场真实地形的创建技术

本文研究的虚拟战场真实地形是基于真实地形数据的虚 拟化，是现实世界中真实地形的再现，必须采用真实世界中的 具体数据来构造，在这种情况下一般采用数字高程模型(DEM)的方法。虚拟战场真实地形通常包括战场地形的基本要素，如道路、河流、植被等。经研究发现，基于Unity3D开发引擎 比较优化的虚拟地形生成方法可简化为以下几个步骤。其构 建具体流程如图1所示。

C开•始3

地形数掘获取

地形数姻格式料换、丨叫格

_______________f g i化_______________

由于本研究前期创建的模型主要是基于WorldMachine 来进行的，因此，采用的D E M数据是从地理空间数据云 (www.gscloud.c n)上直接获取基于Google Earth服务器的的 GDEMDEM格式30m分辨率的DEM数据如图2所示。并且 获取的DEM数据的经纬度必须与卫星图的相一致。

«木地形地貌的横型设计

地衣纹理的映射

?可谢U道路、满木杂，每文化

M_________

^征I映

C纳束)

图1基于Unity3D虚拟战场真实地形的创建流程

图2 GDEMDEM格式DEM数据

2.2地形数据转换

本研究所采用的地形原始数据是从Google E a rth的 GDEMDEM格式数据，它并不是WorldMachine所能识别并可 以转换的数据格式，因此需要先将它转换成标准的hfc/h£2格 式。可以通过专业的格式转换软件(Global Mapper)进行转换，它能够将多种非标准的地形资源数据进行有效的格式转换。

了ZigBee无线局域网络来实现家居环境监测控制系统。各

传感器节点将温湿度计烟雾等数据采集完成后发送给Zi讲ee

协调器；再将采集到的数据信息上传给上位机进行存储、显

示和处理，同时通过上位机可以对各传感器节点的终端设备

进行相应的调节控制等。经过测试运行证明,本系统能够通

过ZigBee无线技术进行家庭环境的监测与控制，系统运行

稳定，可以推广应用到医疗、工农业等诸多领域，具有一定的

应用发展前景。

参考文献：

[1]陆秋俊.物联网智能家居应用方案[J].物联网技术，2014

(11):60-61.

[2]卿:/^olitic8.pe(plex(mcn^015/0128/c70731-26462Q57

师范大学，2012.

⑷李志华.基于无线传感器网络的火灾预警系统设计[D].汕

头大学,2009.

[5]耿革东.无线传感器网络管理系统设计与实现[D].首都

经济贸易大学，2013.

基金项目：陕西本科髙校省级人才培养模式创新实验区《电子 信息类人才培养模式创新实验区》项目资助。

作者简介:李晓东（1967-)(通讯作者)，男，陕西省西安市人, 西安工程大学电子信息学院副教授，主要从事近距离无线电 及嵌入式应用技术研究。

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信息通信杨奎河等:基于Unity3D虚拟战场真实地形创建技术研究

2.3基本地形地貌的模型生成

本课题主要采用的是WorldMachine建模工具来完成前期 的基本地形地貌的模型生成。而WorldMachine是采用专用的 DEM来创建地形数据库,因此需要将原始数据转化成这种标 准的DEM格式。然后将卫星图与DEM高程数据在WorldMa­chine中融合。融合后的初始地形模型如图 3 所示。

图3 DEM与卫星图融合后的初始模型

2.4地形纹理及河流、道路、灌木杂草等文化特征映射

为了使地形更加真实，可以使用Unity3D的专业插件 TerrainComposer为导入到Unity3D中的初始地形模塑进行细 节的处理。首先，需要先为地形模型添加获取到的相应卫星 贴图。其次，可以针对局部地表特征，为地表添加一些其他的 细节贴图。另外，简单的道路交通可以使用地表贴图来实现，复杂的道路交通可以通过Unity3D专业的道路插件，如Road Path Tool、Easy Road3D等。

当然，虚拟战场真实地形也必须在植被的渲染上与真实地形 一致。植被的渲染可以使用Uni1y3D自带的种植树工具即可完 成，也可以通过引入较专业的树木、灌木模塑来达到特殊的效果。3虚拟战场真实地形动态渲染优化技术研究

3.1 L O D技术

LOD技术是一种效率较高的实时性模型渲染加速算法,可以满足大多数的实时动态的地形动态渲染。目前,对于真 实地形模型渲染的L O D算法主要是基于规则网格LO D算 法,其使用四叉树、二叉树以及空间八叉树等数据结构进行 D E M网格的实时简化与显示。文中根据地形渲染的实时性 要求，采用了简化LO D算法对地形模型进行了渲染。

3.2简化L O D技术的研究剩余的三角形与Ac公共的顶点坐标值已改变为合并新生成的 顶点p»，由于剩下的三角形均与P。有关,这时候就需要重新来 计算这些三角形的合并误差，然后重新进行排序。这步是该算 法比较耗时的操作。为了 LOD算法的可逆实现，这里将合并 操作通称为元操作，统一表示为：

E lem= {p l,p1,p i,p0,A}(1)

表达式中，p、p2、p3为被合并三角形的3个顶点;p0为合并 后新生成的顶点;A为元操作标识。基于三角形合并的渐进模 型简化操作可表示为：

E le m：—

义=尤… => x”一l…

X,二X y X p x a

为更好地进行网格的合并，需要计算所有构成地形三角形的 合并误差,按合并误差的大小对网格进行排序。如图4所示，规 定三角形A…的合并误差t^A D为顶点p…到与之关联的三角形集合 A/pJ中每个三角形所在平面的距离平方之和〇«,加上顶点集合p 中的顶点到每个与p〇相关的三角形所在平面的距离平方之和(fc。

a⑷=a it+a i2(3)

其中,需进行迭代计算，因此，只需计算较简单的a i l。对于合并后顶点p〇的求解，较为简单的方法是取合并三角形 的中心点为合并后顶点采用该算法渲染出的动态真实地形模型如图5所示。

图5简化后的真实地形模型

研究结果显示：将经过该算法处理过的地形模型导入到 Unity3D中进行动态渲染，地形网格简化的结果可以较精确地 保持原始地形的几何特征和可视效果，具有较高的简化效率。

在地形模型的的三角形网格中寻找合并误差满足要求的 三角形A。并选中与它关联的三角形集合。然后将A (3)

顶点合并为一个顶点P。,这样，原网格简化为如图4(b)所示。此时顶点P i的坐标已改变。4结论

对于虚拟战场真实地形的创建，本文主要从虚拟战场真

实地形的基本要素出发，研究了基于Unity3D开发引擎的虚

拟战场真实地形创建技术，并对地形创建中的一些关键技术

和方法进行了探讨。当然，虚拟战场真实地形的创建真实度

与精度在此基础上还是远远不够的，以后可以主要针对人工

设施环境与多样的气候环境进行深入的研究。

参考文献：

[1]赵艳坤.基于Unity3D的栾川三维城市地理信息系统研

究[D].郑州大学郑州:郑州大学,2014.

[2]王磊,毛利民，李骞.基于LO D的三维地形可视化[J].计算

机与信息技术,2007(7).

图4三角形简化过程

根据简化过程可知，在对三角形為进行合并后，与A«相 关的三角形集合As(ps)中，与A0有两个公共顶点的A,、A2、A3三个三角形被合并，只有一个公共顶点的三角形都保留下来,[3]王倩.基于LOD和运动预测的大规模地形实时渲染技术

研究[D]太原:太原理工大学,2016.

[4] Hoppe H.piew-dependent refinement of progressipe me­

shes. Computer Graphics(SIGGPAPH Proceeding). 1997.

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