基于虚拟现实技术的三维地形可视化系统开发

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1、基于虚拟现实技术的三维地形可视化系统*开发1,21，31张冬有董斌王佳1北京林业大学测绘与3S技术中心,北京1000832哈尔滨师范大学地理信息系统实验室,哈尔滨150025Email:zhangdy@163.com3安徽农业大学理学院,合肥230036摘要：将虚拟现实技术应用到三维地形可视化，以黑龙江省8511农场数据作为本系统的实验数据，使用VisualBasic6.0为开发语言，选择武汉吉奥公司的CCGIS4.0作为二次开发组件，开发了三维地形可视化系统，在普通PC机上建立了桌面型虚拟现实系统。系统实现了三维地形的漫游

2、、查询定位、空间分析和视频输出等功能，达到了虚拟三维场景实时动态显示与交互的目的。关键词：虚拟现实技术三维地形CCGIS第一作者:张冬有单位：北京林业大学测绘与3S技术中心地址：北京市海淀区清华东路35号北京林业大学111信箱邮编：100083E-mail：fengzhongke@126.com电话：130590098011998年1月31日，美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球：st21世纪认识地球的方式（theDigitalEarth:UnderstandingOurPlanetinthe21Cen

3、tury）”的讲演，提出了数字地球概念。戈尔在报告中指出：我们需要一个数字地球，一个可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的、真实地球的三维虚拟表示。陈述彭先生认为：数字地球是一种全球战略思想，它的核心是指用全盘数字化的信息获取、存储、传输与处理技术，去控制和操[1]纵全球性的事务。其技术基础主要包括：信息高速公路和计算机宽带高速网络技术、高分辨系卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存储技术、科学计算及可视化和虚拟现实[2]技术。在数字地球的推动下，数字城市得到了迅速发展，实际上它是数字地球的一个重要方面。数字地球、数字城市需

4、要我们建立一个三维的、动态的、可视化的模型代替二维地图，而其中最基本的要素就是三维地形的仿真。地形模拟的真实感、可测量性、准确度以及地形显示的实时性是数字地球、数字城市研究的主要内容之一。随着技术的不断发展，地形仿真的表现手法也在逐步提高，人们意识到对地形的浏览不应停留在被动接受的层面上，而是更希望能自主地选择漫游路线，可以自由地观看，就像在真实世界中一样。在这种构想下，近年来迅速发展的虚拟现实技术成为实现这种构想的最佳[3-5]选择，是数字地球、数字城市建设的关键技术之一。1．虚拟现实技术虚拟现实（VirtualReali

5、ty，VR）就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互手段，最大限度地方便用户的*基金项目:哈尔滨师范大学科研基金项目（KM2005-01）1操作。简单地说，虚拟现实就是人们利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，通过自然技能使用传感设备与之相互作用的新技术，是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环

6、境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。它与传统的模拟技术完全不同，是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一，并利用头盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数据手套及脚踏板等传感装置，把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。操作者可以通过传感器装置与虚拟环Immersion境交互作用，获得视觉、听觉、触觉等多种感知，3并按照自己的意愿去改变“不随心”的虚拟环境，I即人是这种环境的主宰。InteractionImagination它突出的特征为3个“I”，

7、它们是Immersion-Interaction-Imagination（沉浸-交互-构想）。如图1所示。通过虚拟环境，使用户具有仿佛置身于现实图1虚拟现实特征世界一样的临场感，同时可以漫游、查询，甚至分析虚拟Fig.1AttributeofVR现实中的物体。2．虚拟现实平台的选择三维地形仿真往往涉及海量数据，虚拟现实平台的选择直接影响系统的运行效果。目前，实现虚拟现实的方法很多，可以使用编程的方法直接生成，如OpenGL、VRML，也可以使用商业软件建模、编程驱动模型来实现，如美国的MultiGenCreator/Vega

8、、国内的CCGIS等。（1）OpenGLOpenGL是开放式图形工业标准，是绘制高真实感三维图形、实现交互式视景仿真和虚拟现实的高性能开发软件包。由于Microsoft公司在WindowNT中提供了OpenGL的动态连接库，而且国内外近年相继推出专门对OpenGL进行硬件加速的三维图形加速