專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙模三維地形立體環(huán)境的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙模三維地形立體環(huán)境的構(gòu)建方法，屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，利用計(jì)算機(jī)圖像圖形學(xué)技術(shù)，將三維空間信息投影變換至二維計(jì)算機(jī)屏幕，得到具有高度真實(shí)感的實(shí)時(shí)繪制圖像，稱(chēng)為計(jì)算機(jī)3維景觀。傳統(tǒng)的計(jì) 算機(jī)地形三維景觀構(gòu)建方法是基于數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射遙感影像(D0M)，利用三維透視變換等計(jì)算基圖形學(xué)算法，將兩者在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行疊加顯示。這種三維景觀的特點(diǎn)是交互靈活，效果逼真，沉浸感強(qiáng)，但由于投影變換精度、DEM網(wǎng)格分辨率等因素的影響，使得在這種三維環(huán)境中，通過(guò)二維屏幕進(jìn)行三維空間坐標(biāo)量測(cè)的精度較低，制約了其在三維地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。在立體視覺(jué)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等領(lǐng)域，利用從不同攝站所攝取的具有一定影像重疊的數(shù)字立體像對(duì)，借助視頻立體圖形卡、視頻立體眼鏡以及三維鼠標(biāo)等計(jì)算機(jī)硬件，通過(guò)OpenGL、Direct3D等圖形顯示接口，可實(shí)現(xiàn)立體像對(duì)的視頻立體觀查與量測(cè)。這種立體觀測(cè)方式可對(duì)立體遙感影像所對(duì)應(yīng)的物方空間信息進(jìn)行高精度量測(cè)，但其觀測(cè)方式只能與攝影方向一致，及從空中以近似垂直于地面的方向進(jìn)行觀測(cè)。由于其視線方向不能變換，視點(diǎn)移動(dòng)不夠靈活，嚴(yán)重影響了使用者從立體影像中觀察并提取更多的有用信息。另外，由于相鄰像對(duì)之間外方位元素的不同，該種三維立體顯示方式不能實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)縫漫游。兩種三維地形立體景觀顯示技術(shù)已較為成熟，并分別在不同的領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但由于各自存在的缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)展。目前，還沒(méi)有一種技術(shù)方法能將兩種三維顯示模式進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，使其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以充分發(fā)揮三維地形可視化與分析應(yīng)用系統(tǒng)的效能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙模三維地形立體環(huán)境構(gòu)建方法，以解決目前三維地形立體環(huán)境構(gòu)建過(guò)程中由于采用單一的某種模式而造成的轉(zhuǎn)換精度低以及不能實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)縫漫游的問(wèn)題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供一種雙模三維地形立體環(huán)境構(gòu)建方法，該構(gòu)建方法的步驟如下I).對(duì)由航空像片或衛(wèi)星像片生成的分幅正射影像和DEM分別進(jìn)行拼接生成大區(qū)域正射影像和DEM ；2).對(duì)拼接成為整體的正射影像和DEM進(jìn)行分塊，利用數(shù)字地面模型在原始正射影像中引入人工視差，生成立體輔助影像，同時(shí)對(duì)拼接后的正射影像和DEM進(jìn)行分層分塊處理并建立金字塔模型；3).將數(shù)據(jù)金字塔分層后的正射影像和DEM生成三維虛擬地形景觀；
4).將生成的立體輔助影像與三維虛擬地形景觀按視點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)立體輔助影像和三維虛擬地形景觀之間的無(wú)縫切換和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，最終生成立體輔助影像模式和三維虛擬地形景觀模式的三維地形立體環(huán)境。所述步驟I)中對(duì)正射影像和DEM分別進(jìn)行的拼接包括幾何拼接和輻射拼接。所述步驟2)中對(duì)拼接成為整體的正射影像和DEM進(jìn)行分塊的每個(gè)子塊的邊長(zhǎng)等于原有正射影像的像幅。所述影像分塊后各子塊在航向和旁向的重疊率均為50%。所述步驟2)中生成立體輔助影像是通過(guò)利用對(duì)數(shù)投影法引入左右視差函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。所述步驟4)中對(duì)生成的立體輔助影像與三維虛擬地形景觀按視點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的過(guò)程包括如下步驟a.根據(jù)三維虛擬地形景觀視點(diǎn)坐標(biāo)和視線的方向，確定地形可視區(qū)域范圍，根據(jù)地形可視區(qū)域范圍、視距因子和地形因子確定該區(qū)域所屬的金字塔層級(jí)，從數(shù)據(jù)金字塔中調(diào)度該范圍內(nèi)相應(yīng)層級(jí)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制；b.根據(jù)立體輔助影像視點(diǎn)的平面坐標(biāo)，確定視點(diǎn)所在分塊正射影像和輔助影像的行編號(hào)和列編號(hào)，根據(jù)行編號(hào)和列編號(hào)調(diào)用相應(yīng)行編號(hào)和列編號(hào)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明利用正射影像、立體輔助影像和數(shù)字高程模型(DEM)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織方式，生成基于正射立體像對(duì)的立體輔助影像立體景觀和基于DEM與正射影像的虛擬三維地理景觀有機(jī)結(jié)合的雙模三維立體環(huán)境，在數(shù)據(jù)調(diào)度和景觀漫游引擎的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)兩種三維環(huán)境聯(lián)動(dòng)漫游、無(wú)縫切換和信息互聯(lián)，用戶(hù)可在這兩種景觀中進(jìn)行基本的信息查詢(xún)與空間分析操作，本發(fā)明構(gòu)建的雙模三維地形環(huán)境具備了交互靈活、效果逼真、沉浸感強(qiáng)、量測(cè)精度高以及信息獲取與表達(dá)方式多樣等特點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的雙模三維地形立體環(huán)境構(gòu)建方法的流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中圖像幾何拼接示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中大幅正射拼接影像的分塊原理示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)數(shù)投影人工視場(chǎng)引入法示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例中地理數(shù)據(jù)金字塔層示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例中全球形貌數(shù)據(jù)分層分塊示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例中金字塔數(shù)據(jù)集命名規(guī)則示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例中地形可視區(qū)域示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例中視距因子原理示意圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例中地形因子原理示意圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例中三維地形視頻立體環(huán)境構(gòu)成圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例中虛擬三維環(huán)境顯示效果圖；圖13是本發(fā)明實(shí)施例中立體輔助影像視頻立體顯示效果圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的說(shuō)明。雙模地形三維地形環(huán)境的構(gòu)建流程如圖I所示，整個(gè)構(gòu)建流程的核心處理步驟包括具有50%重疊度的正射影像和DEM分塊；基于DEM的立體輔助影像生成；基于地理編碼的雙模三維數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。下面對(duì)其具體實(shí)施途徑的各個(gè)步驟進(jìn)行介紹。I.將由航空像片或衛(wèi)星像片生成的分幅正攝影像和DEM進(jìn)行無(wú)縫拼接。為了將大區(qū)域的正射影像和DEM數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則進(jìn)行分塊分層處理，以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)縫立體觀測(cè)和漫游，需要對(duì)正攝影像和DEM進(jìn)行無(wú)縫拼接，正射影像的拼接包括幾何拼接和輻射拼接兩個(gè)方面。(I).圖像幾何拼接的關(guān)鍵在于相鄰影像之間的圖像配準(zhǔn)問(wèn)題，由于正射影像是由具有一定重疊度的航空影像或衛(wèi)星影像與對(duì)應(yīng)DEM數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)正射糾正生成，各幅正射影像的投影性質(zhì)一致，均為正射投影，正射影像的這種性質(zhì)決定了相鄰影像之間的幾何拼接主 要是圖像坐標(biāo)平移處理。如圖2所示，圖像A四個(gè)角點(diǎn)的大地坐標(biāo)已知，分別為(ΧΑ1, ΥΑ1), (XA2, YA2),(xA3. υΑ3)，(χΑ4，υΑ4)，對(duì)應(yīng)的像坐標(biāo)為(χΑι，yAi)，(χΑ2. yA2)，(χΑ3. yA3)，(χΑ4. yA4)，像元大小為cell，相鄰兩幅正射影像A和B之間具有一定重疊度，根據(jù)兩幅影像的四個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)，可求解出外接矩形C的范圍，求解公式如下。Xci — min (XA1, XA2, Xa3> Xa4，^bd Xb2，Xb3，Xb4)Yci — max (YA1, YA2, Ya3> Ya4，Ybd Yb2> Yb3> Yb4)…(I)Xc4 — min (XA1, XA2, Xa3> Xa4，^bd Xb2，Xb3，Xb4)Yc4 — min (YA1, YA2, Ya3> Ya4，Ybd Yb2，Yb3，Yb4)根據(jù)外接矩形范圍，在計(jì)算機(jī)中開(kāi)辟新影像C的內(nèi)存，分別將兩幅影像的像坐標(biāo)換算至新的影像坐標(biāo)，并在讀入相應(yīng)像素值，便可實(shí)現(xiàn)影像的幾何拼接。設(shè)圖像A和B中任一像素點(diǎn)P的大地坐標(biāo)為(XP，Yp)，其變換至新影像C后圖像坐標(biāo)(xeP，Ycp)可有下式計(jì)算
f (Xf-Xc4)
Λ€Ρ —Jj\.(2)
v (H4)
少 CP —T1
,cell以此類(lèi)推，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域內(nèi)正射影像的幾何拼接。(2).在幾何拼接時(shí)，對(duì)影像A和影像B的重疊區(qū)域進(jìn)行處理時(shí)，如果在影像重疊部分僅僅讀入影像A或影像B的像素值，可能會(huì)在拼接后的圖像上產(chǎn)生一條明顯的接縫線，所以必須采取一種方法使重疊部分有一個(gè)色彩的過(guò)渡。本發(fā)明采用距離加權(quán)內(nèi)插的方法，當(dāng)重疊部分的像素越靠近哪一幅影像時(shí)，哪幅影像的顏色值將以較大的權(quán)重參與重疊區(qū)域像素的顏色賦值，這樣在重疊區(qū)域顏色的過(guò)渡更加平滑，使影像更有整體感，有利于影像的判讀。計(jì)算公式如下所示
\ΧΡ-Χ}-XsIPmsr =1 P -Prgb a +1 ; .Pm(3 ；
WaWb式中，Xp是重疊區(qū)域內(nèi)某一像素點(diǎn)P對(duì)應(yīng)的X方向大地坐標(biāo)，Xa和Xb分別為影像A和B的中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的X大地坐標(biāo)，Wa和Wb分別為影像A和B的寬度，PK(；B.A和PK(；B.B是像素點(diǎn)P分別在影像A和B的像素色彩值，P·.。是拼接后的像素值。DEM數(shù)據(jù)可以看作一幅16位的灰度影像數(shù)據(jù)，其拼接方法和步驟與影像拼接類(lèi)似,在此不再?gòu)?fù)述。2.對(duì)拼接成為整體的正射影像和DEM進(jìn)行分塊。由于計(jì)算機(jī)硬件水平的限制，為了便于立體輔助影像的制作和大范圍輔助立體像對(duì)的視頻立體觀測(cè)，需對(duì)拼接成為整體的正射影像和DEM進(jìn)行分塊，如圖3所示?？紤]影像調(diào)度和視頻立體顯示的效率，對(duì)拼接后的正射影像進(jìn)行分塊，每個(gè)子塊的邊長(zhǎng)等于原有正射影像的像幅I。影像分塊后，各子塊在航向和旁向重疊率均為50%，長(zhǎng)邊方向的影像塊數(shù)η和短邊方向的影像塊數(shù)m可用下式計(jì)算 iI 2W ,^n2w λ am = /Ni (-)-1,--IN I (-) = O
「 'II' I<
2W~>1 2IV
m = ΙΝΤ(—),=j- — ΙΝ (—)本 O
' Iο / /
η = ΙΝΤ{—) — 1， — - ΙΝΤ{—) = O\1 JII 1
n = IN!'(手)，IN!.(手)笑 O式中為W大幅正射影像的短邊邊長(zhǎng)，如果影像不能被等分，則使用白色值填充空白區(qū)域，任一塊影像采用“行號(hào)-列號(hào).bmp”的規(guī)則進(jìn)行命名。本發(fā)明使用50%的影像重疊度是考慮在立體影像觀測(cè)時(shí)實(shí)現(xiàn)立體景觀的無(wú)縫拼接與漫游，影像重疊度過(guò)高，會(huì)造成大量數(shù)據(jù)冗余，增加存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)，過(guò)低則在像對(duì)邊緣處存在較大變形，影響立體觀測(cè)，甚至在像對(duì)之間切換時(shí)造成視覺(jué)跳躍。如圖4所示，影像A和影像B的重疊區(qū)域中心線為C，則觀測(cè)中心點(diǎn)位于中心線c的左邊時(shí)，使用影像A與其立體輔助影像構(gòu)成立體輔助像對(duì)，否則使用影像B與其立體輔助影像構(gòu)成立體輔助像對(duì)。3.將分塊后的正射影像和DEM利用數(shù)字地面模型在原始正射影像中引入人工視差，生成立體輔助影像。正射影像的制作是利用DEM數(shù)據(jù)對(duì)原始遙感影像進(jìn)行投影差改正，將中心投影影像經(jīng)過(guò)幾何糾正處理為正射投影影像。理想的正射影像已完全消除投影差，但由于DEM數(shù)據(jù)分辨率的限制，通常正射影像的制作并沒(méi)有考慮地物碎部投影差的改正，地物碎部的投影差依然包含在正射影像中。因而，基于DEM數(shù)據(jù)，我們可以在正射投影的基礎(chǔ)上形成一個(gè)與正射投影具有視差關(guān)系的輔助投影，如果視差的大小與地形起伏相一致，通過(guò)立體觀察仍然可以恢復(fù)地形表面的立體幾何模型，進(jìn)而可以進(jìn)行立體量測(cè)。本發(fā)明采用對(duì)數(shù)函數(shù)方法作為視差引入函數(shù)，可有效的解決人工視差與天然視差不一致的問(wèn)題，對(duì)數(shù)投影法引入視差的原理如圖4所示，其中a代表正射影像，b代表立體輔助影像，以地面上的A點(diǎn)為例，它的高程坐標(biāo)為Z，A點(diǎn)經(jīng)過(guò)正射投影后在正射像片上成像為點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)投影后在立體輔助片上成像為點(diǎn)，點(diǎn)和點(diǎn)在X方向上的坐標(biāo)差即為左右視差，左右視差是實(shí)現(xiàn)立體觀測(cè)的基礎(chǔ)。對(duì)數(shù)投影法引入左右視差的函數(shù)為
(5)
H-Z式中B為攝影基線；H為航高；Z地面點(diǎn)高程；P為高程Z對(duì)應(yīng)的視差；則得高差為
.PAZ = H ’exp(.-.~^-)G 14.對(duì)正射影像和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分層分塊處理，建立金字塔模型。由于繪制數(shù)據(jù)量與硬件水平之間的矛盾，通常的虛擬三維地形系統(tǒng)都采用了層次 細(xì)節(jié)技術(shù)(Level of Details - L0D)來(lái)優(yōu)化虛擬三維地形景觀的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪制。目前的主流LOD技術(shù)都是基于數(shù)據(jù)金字塔模型，因此我們必須對(duì)原有大數(shù)據(jù)量的正射影像和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行分層分塊處理，建立金字塔模型。以正射影像金字塔為例，如圖5所示，金字塔底部即第G層是待處理的原始正射影像，影像分辨率最高。當(dāng)向金字塔的上層移動(dòng)時(shí)，圖像尺寸和分辨率逐漸降低以1/2的倍率降低。金字塔的頂層即第O層分辨率最低，將影像金字塔技術(shù)應(yīng)用到DEM數(shù)據(jù)，就形成DEM金字塔，二者的基本原理一致。為了處理后數(shù)據(jù)在應(yīng)用中的可擴(kuò)展性，本發(fā)明基于全球地理數(shù)據(jù)編碼規(guī)則建立數(shù)據(jù)金字塔。如圖6所示，用等經(jīng)緯度間隔的面片對(duì)全球地理數(shù)據(jù)進(jìn)行空間劃分，同一層面片的經(jīng)緯度間隔相等，相鄰層面片的經(jīng)緯度間隔倍率為2。數(shù)據(jù)的原點(diǎn)在左下角點(diǎn)，其最粗糙層(Level O)沿緯度和經(jīng)度方向被劃分為10X5塊，每一塊的大小為36° X36°，其他LOD
層的塊數(shù)和大小以此類(lèi)推，第η層的數(shù)據(jù)大小為，如表I所示。表I地理數(shù)據(jù)金字塔分層表
mm 大小數(shù)I
036° X 36°50
1~ 18°χ18° " 200
29° X 9°__8003 4.5° X 4.5° 3200
1136° 36° 50 彳
-X-
2n T本發(fā)明的金字塔數(shù)據(jù)構(gòu)建有以下要求每個(gè)影像塊的大小推薦使用512X512像素；DEM的分塊方法與影像數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)，DEM采用二進(jìn)制格式存儲(chǔ)，每一個(gè)點(diǎn)采用兩個(gè)字節(jié)的short型存儲(chǔ)，后綴為vec ;為了增強(qiáng)顯示效果，最粗糙層的數(shù)據(jù)塊(瓦片)數(shù)盡可能少，最好不要大于5X5個(gè)瓦片；經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，DEM瓦片大小采用60X60時(shí)，系統(tǒng)繪制性能最佳。對(duì)影像和DEM數(shù)據(jù)建立金字塔模型后，為便于數(shù)據(jù)的檢索和調(diào)度，本發(fā)明對(duì)處理后的數(shù)據(jù)文件采用以下命名規(guī)則，如圖7所示，對(duì)分塊后的某一塊數(shù)據(jù)，綜合考慮其所在層數(shù)、所處的行號(hào)和列號(hào)，以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式等因素，對(duì)其進(jìn)行命名并存入相應(yīng)文件夾下。5.兩種立體模擬的數(shù)據(jù)調(diào)度與關(guān)聯(lián)在構(gòu)建完成三維視頻立體的軟硬件環(huán)境后，便可分別對(duì)立體輔助影像和三維虛擬地形景觀進(jìn)行立體觀察與量測(cè)。但是，為了進(jìn)行兩種三維模式的無(wú)縫切換與數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，必須將兩種模式按照視點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)指在某一種模式的三維場(chǎng)景發(fā)生變化時(shí)，另一種三維模式的場(chǎng)景數(shù)據(jù)也要相應(yīng)更新，使得任一時(shí)刻兩種三維模式在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是對(duì)應(yīng)著同一顯示區(qū)域，這樣用戶(hù)便能根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)兩種三維顯示模式的無(wú)縫切換。(I)虛擬三維地形環(huán)境的數(shù)據(jù)調(diào)度根據(jù)視點(diǎn)的位置、視線方向以及地形粗糙度，實(shí)時(shí)調(diào)度相應(yīng)區(qū)域和層級(jí)的數(shù)據(jù)，在虛擬三維地形景觀渲染時(shí)，根據(jù)視點(diǎn)坐標(biāo)和視線的方向，可以計(jì)算出視景體與地形平均水平面相交的平面區(qū)域范圍，即地形可視區(qū)域范圍，結(jié)合地形粗糙度計(jì)算，便可從數(shù)據(jù)金字塔中調(diào)度該范圍內(nèi)相應(yīng)層級(jí)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制。如圖8所示，圖中XOY為地形平均水平面，E為視點(diǎn)，其坐標(biāo)為E(XE，YE, ZE)，視線EM的俯角為Y，與地形平均水平面的交點(diǎn)為M，其坐標(biāo)為M (ΧΜ,ΥΜ，ZM)，視點(diǎn)E在XOY上的投影為MO，即視點(diǎn)高度he = IEMO I。視景體E_AB⑶與平面XOY的四個(gè)交點(diǎn)分別為k'、B'、C'和D'，則可視區(qū)域范圍即為梯形A' B' C' D'，N1N2過(guò)點(diǎn)M且平行于A' B'，分別與A' D'、B' C1相交于NI和N2。若視景體水平方向視場(chǎng)角為α，垂直方向視場(chǎng)角為β，MOM的方位角為K，則有a =ZN1EN2, β =ZM1EM2k = Z MM0X0 = tan"1 ((YM_YE) / (Xm-Xe))ZAI-M1 二= /JriiM1 = ZM2EC = tan^1 (tm{a/2)/+ tan2(/i/2))M0M1 = IEM01 tan ( π/2—Y - β/2) = hetan (π/2-γ-β/2)IM0M21 = IEM01 tan (π/2-γ + β/2) = hetan (π/2-γ + β/2)EM1 = IEM01/cos ( π/2-γ - β/2) = he/cos ( π /2- Y - β /2)EM2 = EM01 / cos (π/2-γ + β/2) = he/cos ( π /2- y + β /2)IA' M11 = IEM11 tan 廣 A' EM1，| D' M21 = EM21 tan 廣 D' EM2Z A' M0M1 = tan_1(|A/ M11 / IM0M11), Z M0M2 = tarT1 (| D' M21 / |M0M21)|A' M0 = M0M11/cos Z A' M0M1, |D' M0 = M0M2I/cos Z O' M0M2若在平面XOY中點(diǎn)A'的坐標(biāo)為(XA' ,YA1 )，點(diǎn)D'的坐標(biāo)為(XD'，YD')，則有
Z4, =Xi+ \A'Mq\ cos(ZA'M0Mx + K)
YA, = Ye + \A'M0\sin{ZA'M0M, +κ)ia)
Xn- = Λ,λ. ^\J),A4^C0S(ZJ)'M()M1 +
Yjy = Y,: +IDfM0Isin(ZA)rAf0M2 + / ·)同樣可以求出點(diǎn)B'的坐標(biāo)為(XB' ,YB')和點(diǎn)C'的坐標(biāo)為(XC' ,YC')。確定可視區(qū)域范圍后，該區(qū)域內(nèi)選擇哪一層級(jí)的金字塔數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，主要考慮視距因子(圖9)和地形因子(圖10)，視距因子計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種雙模三維地形立體環(huán)境的構(gòu)建方法，其特征在于該構(gòu)建方法的步驟如下 O.對(duì)由航空像片或衛(wèi)星像片生成的分幅正射影像和DEM分別進(jìn)行拼接生成大區(qū)域正射影像和DEM ； 2).對(duì)拼接成為整體的正射影像和DEM進(jìn)行分塊，利用數(shù)字地面模型在原始正射影像中引入人工視差，生成立體輔助影像，同時(shí)對(duì)拼接后的正射影像和DEM進(jìn)行分層分塊處理并建立金字塔模型； 3).將數(shù)據(jù)金字塔分層后的正射影像和DEM生成三維虛擬地形景觀； 4).將生成的立體輔助影像與三維虛擬地形景觀按視點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)立體輔助影像和三維虛擬地形景觀之間的無(wú)縫切換和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，最終生成立體輔助影像模式和三維虛擬地形景觀模式的三維地形立體環(huán)境。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙模三維地形立體環(huán)境構(gòu)建方法，其特征在于所述步驟I)中對(duì)正射影像和DEM分別進(jìn)行的拼接包括幾何拼接和輻射拼接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙模式三維地形立體環(huán)境構(gòu)建方法，其特征在于所述步驟2)中對(duì)拼接成為整體的正射影像和DEM進(jìn)行分塊的每個(gè)子塊的邊長(zhǎng)等于原有正射影像的像幅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙模式三位地形立體環(huán)境構(gòu)建方法，其特征在于所述影像分塊后各子塊在航向和旁向的重疊率均為50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙模式三維地形立體環(huán)境構(gòu)建方法，其特征在于所述步驟2)中生成立體輔助影像是通過(guò)利用對(duì)數(shù)投影法引入左右視差函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙模式三維地形立體環(huán)境構(gòu)建方法，其特征在于所述步驟4)中對(duì)生成的立體輔助影像與三維虛擬地形景觀按視點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)的過(guò)程包括如下步驟 a.根據(jù)三維虛擬地形景觀視點(diǎn)坐標(biāo)和視線的方向，確定地形可視區(qū)域范圍，根據(jù)地形可視區(qū)域范圍、視距因子和地形因子確定該區(qū)域所屬的金字塔層級(jí)，從數(shù)據(jù)金字塔中調(diào)度該范圍內(nèi)相應(yīng)層級(jí)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制； b.根據(jù)立體輔助影像視點(diǎn)的平面坐標(biāo)，確定視點(diǎn)所在分塊正射影像和輔助影像的行編號(hào)和列編號(hào)，根據(jù)行編號(hào)和列編號(hào)調(diào)用相應(yīng)行編號(hào)和列編號(hào)的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙模三維地形立體環(huán)境的構(gòu)建方法，屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)電子技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明利用正射影像、立體輔助影像和數(shù)字高程模型(DEM)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)組織方式，生成基于正射立體像對(duì)的立體輔助影像立體景觀和基于DEM與正射影像的虛擬三維地理景觀有機(jī)結(jié)合的雙模三維立體環(huán)境，在數(shù)據(jù)調(diào)度和景觀漫游引擎的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)兩種三維環(huán)境聯(lián)動(dòng)漫游、無(wú)縫切換和信息互聯(lián)，用戶(hù)可在這兩種景觀中進(jìn)行基本的信息查詢(xún)與空間分析操作，本發(fā)明構(gòu)建的雙模三維地形環(huán)境具備了交互靈活、效果逼真、沉浸感強(qiáng)、量測(cè)精度高以及信息獲取與表達(dá)方式多樣等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06T17/05GK102930601SQ20121038769
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者周楊, 徐青, 王新義, 李新濤, 戴晨光, 滕飛, 靳國(guó)旺, 藍(lán)朝楨, 邢帥, 何鈺 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)