基于Terra-Vista的流域地形三维建模方法

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基于Terra-Vista的流域地形三维建模方法.操作,步骤及理论探讨。
水力发电学报 2006年 图1两重地形三角形分布 Fig. 1 Triangle distribution for two level of terrain 可以构建出丰富多彩的地物模型。 都江堰区域建模中采用全图层矢量数据,包括公路铁路、河流水系、点状居民地、面状居民地、保护区及特殊 地表形态等。建模时按照实际数据进行赋值,如将道路矢量线赋值为道路标识,并设定道路宽度、路面纹理;将河 道、湖泊等设置水体标识、水面纹理等。这些纹理通过实际图片资料导入,以增强场景的真实性。由于数据资料 有时候不容易匹配,矢量数据的更新速度往往没有影像速度快,因此对一些平面位置与地形和影像存在偏差的矢 量线,需要在编辑器中以遥感图为底图进行手动修正处理,以保证位置的准确性。 2.4生成地形 设置好地形参数和矢量数据后,就可以开始生成地形了。首先选定所要生成的目标区域,设定输出纹理图片 的格式与分辨率,确定输出模型文件的格式,就可以按划分的地形网格逐块生成了。TeraⅤista可生成两种格式 的模型文件, Openl-lig址t格式和 TerraPage格式,考虑到后期的编辑修改,都江堰地形生成中采用 Open Flight格式。 地形纹理的分辨率表现了纹理重采样的精度,在生成地形时应该考虑纹理的细致性与渲染量两方面的因素,都江 堰地形采用256×256的BMP图片。 由于地形参数的设置都停留在数字上,最终的模型效果只有模型生成完才能测试,因此在生成大范围地形 时 ,由于消耗时间较多(几小时甚至几天),可预先生成一小块地形观察该设置下的三角网疏密、纹理及矢量生成 情况,等调整好合适的参数后再生成整块地形。生成的地形以划分网格为单元存储在模型文件中,最后通过外部 引用节点将各网格文件集成在文件 master fIt中,生成的都江堰枢纽区地形如图2 图2都江堰枢纽区三维地形 图3河道地形加密建模 Fig. 2 Three-dimensional terrain of dujiangyan Fig 3 Refined model of river terrain 3流域地形建模关键技术 流域以水系为核心,因此对河道的准确建模显得尤为重要。都江堰流域河道分天然河道和人工渠道两种类 型,需要通过不同的方式构建模型。 3.1天然河道建模 地形三角网的生成分两种方式:规则三角网和不规则三角网,规则三角网方式结构简单,但在地形平坦的区 域三角形冗余量比较大,不规则三角网则有效地避免了这一不足。都江堰地形建模釆用不规则三角网模拟地形。 在不规则三角网建模中,由于高山和河道的高差悬殊,山体高度以百米计,而河道高差不过几十米、十几米甚 至几米,.用 Delaunay三角化的地形常常将山体突出而将河道地形概化湮没,达不到预期的建模目的,因此需要 万方数据 第3期 张尚弘等:基于 Terra vista的流域地形三维建模方法 在建模中对河道部分进行加密处理。方法之一是将河道部分数据提取出来,单独生成河道模型,然后再与大地形 进行融合1。该方法适用于除普通地形数据外,还具备详细河道资料的情况,可以较充分地反映河道精度。但由 于不是统一生成,河道地形与其它部分地形融合接边的工作量大,尚无自动结合的工具。TeraⅤista中提供的网 格加密的工具则从另一方面解决了河道加密的问题,由于是统一生成,无手工接边的任务 Terra vista中地形按划分网格生成,网格区域中的三角形数量由设置参数时统一设定,造成整个地形按统 三角形数量标准生成。为改变河道区域三角形数量,需要在该区域添加面状矢量实体,并将该实体赋值为Hgh Polygon budget Inset,将其属性项 angle budget设置为该网格区域所需要的三角形数量。这样在生成地形时该区 域地形就会得到加密,且自动与周围网格无缝连接。生成效果如图3,左侧河道网格三角形数为2000,具有清晰 的河道形状;右侧山地网格的三角形数为500 3.2渠道建模 渠道断面规则,建模较天然河道而言相对简单,但如果手 工绘制,建模工作量仍然很大。都江堰建模中采用TeraⅤiste 提供的 Complex River/Stream生成工具,可以方便地在地形中 无缝嵌入渠道,自动化建模程度很高。 将渠道矢量线的标识赋值为 Complex River/ Stream,该实体 主要包括渠道宽度wd,水面以上的宽度 Outer wid、深度 Outer dep,水面以下的宽度wid、深度dep等属性值,按照渠道指标进 行赋值后,即可生成与地形无缝连接的渠道。 为配合渠道两侧的路面,建模中将渠道矢量线复制两份 按照渠道和路面宽度之和的一半作为两矢量线的间距,并将 图4渠道模型 渠道两侧的矢量线赋值为道路标识,这样就可以自动生成渠 Fig 4 Artificial channel model 道和两侧的道路,渠道两侧的树木也可以如法炮制。建模效 果如图4。 4结论 流域视景仿真是流域治理研究的辅助工具之一,快速智能地进行三维地形建模是实现仿真模拟的基础,也是 关键的工序。 Terra vista是地形三维建模中应用广泛的优秀软件,可以将地形DEM、遥感影像、各种矢量数据集 成起来一次性生成内容丰富的三维地形场景模型。本文结合都江堰流域地形建模阐述了 Terra Vista在流域地形 建模中的应用方法,包括地形数据的准备与转换流程、地形建模的多重细节技术、遥感影像的合成与输出以及道 路、河流、建筑物等矢量数据的添加、赋值等,同时探讨了天然河道和人工渠道的建模技术,为流域模拟仿真探索 了快速智能的三维地形生成方案。 参考文献: [1] Terrain Experts, Inc. Terra Vista Getting Started Guide V3.O[M]. Tucson: Terrain Experts, Inc. 2001 [2]吕颖,宋子善,沈为群全局动态测试系统的可视化研究[J.计算机测量与控制,2003,(3):171~173 [3]张尚弘,曲兆松,郑钧,王兴奎虚拟现实技术在都江堰三维信息系统中的应用研究[J].水科学进展,2004 (5):643~649. 万方数据

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