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工程化数字地貌自动晕渲系统的设计与实现

郭明武  
【摘要】:在一幅地图中,地貌通常占了整个图幅极大部分的信息内容,所以科学合理地在二维空间上表示地形对地图信息的表达传输能力有着重要的影响。但由于地球的表面是个凸凹不平的曲面,怎样在一张平面的地图上表现这种起伏不平的地貌,是一个比较复杂的制图问题。 制图专家们经过长期的研究,提出了等高线法、分层设色法、符号法和晕渲法等等表示地貌的方法,由于地貌晕渲与其它几种地貌表示方法相比具有以下优点,所以很快成了表示地貌的一种主要方法之一:(1) 所表示的地貌立体感强,增加了地图的观赏性;(2) 对地貌形态的表达能力强,绝大多数的地貌形态都能形象地反映出来;(3) 在方法上有一定的艺术性。2001年8月在北京召开的国际ICA会议上展出了许多国家的地图作品,几乎均为数字地图的产品,其中80%以上的地图采用了地貌晕渲的表示方法。此外,一些国家还规定国家基本比例尺地图上必须有地貌晕渲。可见地貌晕渲在地图制图中有着美好的应用前景。 本文阐述了地貌晕渲的产生发展过程及晕渲的基本理论和制图法则、介绍了地貌自动晕渲的实现过程以及3维开放式图形库OpenGL的基本理论知识,提出了工程化晕渲的设计思想,并解决了若干技术问题,包括:①、提出并使用增量的实现方式,对影响晕渲生成速度的几个主要步骤均进行了改进,实现了对海量数据的快速自动晕渲;②、矢量要素叠加时,采用矢量要素位图化的方法,克服了OpenGL不能渲染凹多边形的缺点,实现了矢量要素与地貌晕渲在同一环境下的高精度叠加:③、采用模型放大方法避免了矢量要素叠加后图形稍微放大显示就出现“马赛克”的问题:④、灵活采用Mipmaps纹理技术,克服了OpenGL映射纹理时,只能映射长宽是2的整数次幂纹理的限制,实现了映射纹理的尺寸为任意大小的要求:⑤、采用LOD与相临块相结合的方法实现了三维地形的快速虚拟飞行;最后采用Visual C++开发平台,在Windows环境下设计并实现一个能够满足用户多元需求的制作地貌晕渲的工程化、实用化的系统。


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