基于MAPGIS平台的三维虚拟飞行技术实现.pdf

文章编号1005－6157200901－042－ 安徽地质 Geology of Anhui 第19卷第1期 2 0 0 9年3月 Vo l . 1 9 N o . 1 M a r c h 2 0 0 9 胡海风， 杨波 （安徽省地质调查院， 安徽合肥 230001） 摘 要 本文以合肥市及滨湖新区作为样区， 介绍了如何利用MAPGIS的DTM分析与电子沙盘模块实现大型多源数 据库的三维地图。 关键词 MAPGIS； 三维建模； 飞行； 遥感影像 中图分类号 P619.219 文献标志码 A 力， 矢量、 栅格、 影像、 三维四位一体的海量数据存储， 高效的空间索引。 支持真三维建模与可视化， 能进行 三维海量数据的有效存储和管理， 三维专业模型的快 速建立， 三维数据的综合可视化和融合分析。 3 研究目标 随着 “3S” 技术的发展， 三维虚拟现实技术在国民 经济各部门中正发挥着越来越重要的作用， 特别是对 于宏观的决策来说更为重要。 本文主要阐述利用MAPGIS系统中的电子沙盘地 图的制作及其虚拟飞行浏览的实现。 在本单位目前承 担的合肥市城市地质调查项目中数据库的建设工作 中， 就实现了利用国产MAPGIS软件对合肥市三维电 子地形图的制作。 4 研究思路 MAPGIS三维电子地图的制作主要功能包含在其 空间分析和图像分析两个模块中， 本次工作的数据主 要是1∶10000标准分幅的遥感影像 （SPOT5） 数据和研 究区1∶10000地形图数据36个标准图幅。 主要思路 利用地形图中带有高程属性值的等 高线数据及高程点数据， 进行采样以获取研究区的 DEM数据， 在此基础上构建全区地形数据模型； 利用 MAPGIS的图像分析模块， 对全区SPOT5影像数据进 行校准、 拼接与转换， 形成覆盖全区的MSI影像文件； 利用MAPGIS在地表模型上粘贴纹理的功能， 建立研 究区三维电子地图； 利用MAPGIS电子沙盘， 完成电子 1 前 言 信息技术已越来越受到人们的重视， 并已加速融 入公众生活中。 在当今这个信息化无处不在的时代， 如何使得信息管理、 处理、 表达以及方便人们的利用 成为研究的重要课题之一。 地理信息系统 （GIS） 作为集成了计算机技术， 地 理学， 测绘遥感学， 管理学等多门科学技术的新兴边 缘学科， 通过将计算机技术和具有空间分布特征数据 的结合， 通过自身的空间操作和分析方法， 能够为政 府决策管理和社会公众提供各种有效信息服务。 GIS主要由以下四个部分组成 ①信息获取与输 入； ②数据储存与管理； ③数据转换与分析； ④成果生 成与输出。 它的实现是通过使用数据库平台， 图形支 持系统和卫星通信等多种不同技术的结合。 2 MAPGIS简介 MAPGIS 是武汉中地数码科技有限公司开发的， 新一代面向网络超大型分布式地理信息系统基础软 件平台。 系统采用面向服务的设计思想、 多层体系结 构， 实现了面向空间实体及其关系的数据组织、 高效 海量空间数据的存储与索引、 大尺度多维动态空间信 息数据库、 三维实体建模和分析， 具有TB级空间数据 处理能力、 可以支持局域和广域网络环境下空间数据 的分布式计算、 支持分布式空间信息分发与共享、 网 络化空间信息服务， 能够支持海量、 分布式的国家空 间基础设施建设。 具备海量空间数据存储与管理能 收稿日期 2008-11-14 作者简介 胡海风 （1966-） ， 男， 安徽桐城人， 高级工程师， 现从事地理信息管理工作 4 基于MAPGIS平台的三维虚拟飞行技术实现 第 19 卷 第1 期43 地图飞行浏览视频录制。 5 实现过程介绍 首先打开MAPGIS6.7， 选择空间分析→DTM分析 模块。 进入之后单击文件→打开数据文件→点数据文 件， 将高程点文件添加进去， 之后以同样的方式将等 高线线文件加入。 选择处理点线→高程点/线三角化， 会弹出一个指定属性中待用高程项的对话框， 分别选 择含有点， 线高程属性的一项 （图1） 。 点击确定。 这时原先的点文件就会转变成TIN文件。 并且程 序生会成一个三角剖分网。 生成三角剖分网还有一种方法 即点击处理点线 中的点数据高程提取或者线数据高程提取， 先单独指 定点， 线中的高程选项， 然后点击TIN模型→快速生成 三角剖分网。 此方法适用于只有点或者线文件时候。 三角剖分网可以利用TIN模型→优化高程初始三 角剖分选项进行一次优化。 然后在GRD模型→离散数 据网格化选项中处理TIN文件。 这时程序会弹出一个 对话框， 需要设置X， Y， Z （即纬度， 经度， 高程） 的数据 列， 网格参数， 网格化方法以及网格化点搜索方式。 由 于MAPGIS中的坐标与大地坐标相反， 因此需要选择 好X， Y坐标的数据列。 然后需要设置网格参数设置中 的网格间距， 具体数值可以根据图幅的大小而有所变 化， 本次实验所设定的网格线数为500。 网格化方法这 里使用的是Kring泛克立格法网格化 （图2） 。 接着点击搜索键， 对网格化点搜索进行配置， 这里 使用的搜索类型是四方向搜索， 搜索规则为每搜索方 向6点， 有效最少数据点数为1， 最大空方向数为1， 搜 索圆半径为2000。 搜索方向与点数越多， 制作出来的 图效果越好， 但是同时运行速度会变慢。 具体参数设 置可看实际需要来选择， 一般是根据高程点的密集程 度而有所变化 （图3） 。 参数设置好点确定之后会输出一个GRD文件， 默 认名为TmpGRID.Grd。 该GRD文件需要在图象处理→ 电子沙盘中打开。 电子沙盘中单击文件→装入高程文 件， 找到做好的GRD文件， 打开后就会显示出三维高 程模型 （图4） 。 电子沙盘中点击文件→创建纹理库， 可以创建一 个纹理库文件， 该纹理库文件可以贴在三维数字模型 上。 也就是将遥感图片贴在三维地图表面。 创建纹理 库对话框中先输入影像文件， 然后设定输出文件名称 与保存位置。 纹理像素格式为RGB8， 其它参数采用默 图3网格参数设置 Fig.3 Gridding parameter setup 图2 网格高程数据 Fig.2 Elevation data gridding 图1点线数据生成三角网 Fig.1 Point and lines to generate triangle network 图4三维数字高程模型 Fig.4 Three-dimension digital elevation model 胡海风， 等 基于MAPGIS平台的三维虚拟飞行技术实现 2009年44安徽地质 认即可（图5） 。 在DEM数据信息选项中可以根据指定GRD文件 确定DEM数据信息。 这样程序就可以自动从输入图像 上裁减出与模型位置， 大小相匹配的纹理库文件 （图 6） 。 在这里原图像文件范围必须比模型范围大才能裁 减出纹理库文件， 否则会失败。 电子沙盘中点击文件→注记数据文件选项， 可以 将.wt格式的点注释以立体文字的方式显示在三维高 程模型中， 但是只能显示文字， 不能显示点图元。 注记 文件可以在输入编辑模块中在地图上标出然后保存 为.WT文件， 这样加载后注记就会以立体的方式显示 在标记地上， 字体参数可以在矢量编辑选项中修改。 在电子沙盘的模型与场景两个选项中能够对地图 模型做一些优化处理， 例如 高程缩放， 分层设色， 绘 制质量， 光照与背景效果， 等等。 在场景选项中可以对 三维模型进行飞行路径的设置， 先点击场景→设置飞 行路径， 然后在平面图上设置路径图7,设置好后， 使 用飞行控制中的路径飞行功能即可按照设定路线飞 行。 录制 如果想要录制飞行视频， 则可以通过电子沙 盘模块中的场景录制功能将飞行画面录制为AVI格式 的视频。 在场景选项中的场景参数设置中可以调节飞 行高度、 视角、 飞行速度等参数， 以达到更好的飞行浏 览效果 （图8） 。 6 数据条件及研究环境 6.1 软硬件环境 软件 WINDOWS XP， MAPGIS6.7。 硬件 联想扬天A8000C （CPU 双核3GHZ, 硬盘 230GB， 显存128MB， 内存1GB） 。 6.2 实验区域， 数据来源 6.2.1 实验区域 本次实验以合肥市为目标， 实验区域内地势较平 坦， 最高海拔不超过60m， 有河流， 公路， 水库等。 图7飞行路线设置 Fig.7 Flight route setup 图8飞行视频产生 Fig.8 Fight video making 图5 创建纹理 Fig.5 Creating veins 图6纹理裁剪 Fig.6 Tailoring veins 第 19 卷 第1 期45胡海风， 等 基于MAPGIS平台的三维虚拟飞行技术实现 6.2． 2数据来源 影像 由36幅1∶10000遥感图拼接， MSI格式。 分 辨率为8m， 数据量为420M （原图数据量过大， 经过处 理后有缩减） 。 等高线 1∶10000MAPGIS数据， 等高距为1m， 数 据量为16M。 高程点 1∶10000MAPGIS数据， 数据量为2M。 其他矢量数据 1∶10000MAPGIS格式地表水区 文件， 数据量为15M。 包含了地名， 路名， 水系名称的注 释点文件， 数据量为0.8M。 7 结束语 受时间以及数据所限， 本次研究中仅对研究区的 核心区部分进行了三维电子地图及飞行浏览视频的 制作。 通过研究我们认为， 在国产MAPGIS 6.7平台上 制作三维电子地图是可行的， 且具有较为理想的效 果。 本项研究成果为该区地质灾害调查研究所引用。 对于区域较大， 影像数据的处理需要借助中地公 司MAPGIS对大数据量影像处理的补丁程序， 这一点 在后续的MAPGIS版本中应该已经得到加强。 参考文献 [1]中地公司.MAPGIS地理信息系统使用手册[S] [2]刘晓忠.基于ERDAS环境下的三维飞行制作[ED/OL].http// [3]李志林.数字高程模型[M].武汉武汉大学出版社,2000 [4]毋河海,龚健雅.地理信息系统空间数据结构与处理[M].北京 测绘出版社 ,1997 ACHIEVEMENT OF THREE-DIMENSION FICTITIOUS FLIGHT TECHNIQUE BASED ON MAPGIS PLAT HU Hai-feng, YANG Bo Anhui Geological Survey, Hefei, Anhui 230001, China Abstract With the lakeside new district of Hefei City as a model area, this paper introduced how to use the DTM analysis and electronic sand table module of MAPGIS for achieving three-dimension map of multiple- source database. Keywords MAPGIS; three-dimension modelling; flight; remote sensing image