[发明专利]一种大范围高精度匹配数字航道三维可视化方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种航道三维可视化方法，尤其是一种大范围高精度匹配数字航道三维可视化方法，其能够适用于长江数字航道三维可视化。

背景技术：

为推动长江流域经济发展，2003年国家提出建设长江数字航道系统，在2020年前要实现长江数字航道的雏形，实现长江航道数字化、信息化、虚拟化。其中，实现三维可视化是数字长江的主要表现形式。如何在虚拟现实技术的支持下，以地理坐标为依据，将长江干流航道及相关的附属设施以多维立体的和动态的、多尺度、多分辨率的信息进行可视化描述，是一个重要课题。

近年来，在科技进步与自身需求推动下，我国数字城市建设发展的势头迅猛，并且在构建城市三维数字景观模型等方面取得了一定成效。但是，航道港岸视景三维可视化不能直接照搬城市三维地形构建技术。因为，船舶航行时主要利用海图与实物对照识别物标来确定船位，所以在虚拟航道环境的建模中，高程数据获取应当依据IHO发布的、符合国际标准的电子航海图ENC中筛选出的岸线、等高线、高程点、等深线和水深点等数据，从而保证海图数据与视景数据的一致性。

目前，国内科研机构和院校自主研发了具有三维视景的船舶操纵模拟器，在船员操船培训、港航设计论证中发挥了重要作用。其基于海图的港口视景建模技术，为长江航道三维可视化提供了借鉴。但是，长江航道视景建模涉及的地物较多，数据信息量庞大，如何高效组织庞杂的空间信息，如何克服地球曲率对地形生成的影响，如何快速并高精度构建大范围航道三维视景，这些是需要解决的技术问题。

发明内容：

本发明的目的是为解决以上问题提供一种大范围高精度匹配数字航道三维可视化方法。

本发明提供的大范围高精度匹配数字航道三维可视化方法，依据采集的航道数据构建地形、岸上地物、助航标志、物标船三维实体模型，构建航道视景三维实体模型的k叉树状结构场景图，统筹各航段地物中的共性目标，划分为不同的增量构件，实现模型复用和并行快速开发。

优选地，基于S-57电子海图数据提取地形高程数据，建立符合地球曲率变化的与电子海图完全匹配的大范围航道地形。

优选地，基于动态数据配置技术，结合数据库分页调度策略，实现大范围航道三维实体模型的高精度匹配、动态管理与实时流畅绘制。

构建航道视景三维实体模型的k叉树状结构场景图可以采用如下方法：

(1)基于场景图理论，采用层次型与面向对象相结合的三维数据结构，引进MultiGen Creator的OpenFlight数据格式，实现三维实体的组织与表达；

(2)把航道场景组织成一颗场景树，最顶层是根节点，包含整个航道场景，中间层是局部场景和控制节点，最底层是叶子节点，树中的每一个节点能够有任意多的子节点，每个节点存储有场景集成的数据结构，通过这种有向非循环图，保存场景中物体及其相互关系；

(3)采用区域分割技术把场景分为若干个区域子块，通过组节点实现分组管理，每个水道组节点下依据地理位置经纬度细化为不同的网格区域组节点；

(4)通过几何体节点描述地形、地物的基本特征，建立包括地形、岸上物标、助航标志和物标船的叶子节点，通过变换节点进行三维几何变换生成新的叶子节点，实现场景模型复用；

(5)采用多精度模型技术为模型设置多重层次细节，通过LOD节点组织不同精度模型节点。

建立符合地球曲率变化的与电子海图完全匹配的大范围航道地形可以采用如下方法：

(1)高程数据源获取：依据S-57标准格式提供的特征物标和空间物标，提取包括出岸线、等高线、等深线和水深点的信息；

(2)高程数据处理：根据等高线数据的分布，把水面区域以及岸线的高程值设为0，其它点的高程值根据相临等高线数据，采用快速的线性插值方法计算，并转换成数字高程数据；

(3)准确地形三维数据生成：使用Creator的地表生成工具集导入高程数据DED文件，依据Geocentric投影方式和WGS-84参考椭球体进行地形转换，建立符合地球曲率变化的OpenFlight格式FLT地形文件，依据地理位置、行政区域和地形特点，对大块地形进行切割，依据地球曲率对地形进行优化与调整，导入电子海图原点的经纬度，标出该点位置，调整各区域地形原点与电子海图原点相一致；