[发明专利]一种真实空间三维地理实体的立体虚拟显示方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息系统(GIS)技术领域，特别涉及一种在真实空间中的三维地理实体的立体虚拟显示方法，该方法通过三维立体的投影仿真，将现实世界中的地理实体按照一定的比例在真实空间中实现原型虚拟可视化投影显示。

背景技术

虚拟现实(virtual reality)是指利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、触觉等感觉形式的虚拟世界，在计算机虚拟环境下对场景进行观看和随意漫游。在地理信息系统应用中，通过三维地物的建模和纹理映射，实现在计算机屏幕或二维墙面平面上得到三维真实感的图形图像显示。常见的表达三维效果的方式是基于传统的计算机图形学和图象处理技术，采用二维计算机屏幕显示旋转的2D图像；或通过佩戴专用眼镜盒辅助设备，运用视差效果来实现三维显示，解决在观看过程中视角和位置变化的问题。

目前虚拟现实显示模式始终局限在计算机屏幕或者二维墙面屏幕中，三维显示方式只有心理景深，没有物理景深，限制了观众对于地形地物的三维视觉、听觉和触觉等感觉形式的虚拟世界的仿真效果，而且不能满足多人同时观察和及时交互。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，以传统的三维数据格式为基础，通过对不规则地理实体及复杂地形的建模，构建针对真实空间三维立体显示的数据结构，提供一种真实空间三维地理信息立体虚拟显示方法，使现实世界中复杂的地理实体通过复杂计算和投影仿真实现在真实空间中模拟显示虚拟场景，让观众置身于真实空间亲身感受三维立体显示的模拟场景，从而实现人们对三维图像的原型立体展示，不再只限于在二维屏幕中观看三维影像。

本发明的思路：从真实空间三维立体投影对数据格式的特殊要求出发，对三维立体显示的地理实体海量立体数据进行预处理，去除冗余数据，获得有效三维实体数据；然后对地理实体数据进行不规则地物的三维建模，获得三维立体显示中多个角度的分视图，结合真实空间三维立体显示技术，进行处理和优化；根据真实空间三维立体显示成像原理，分析动态三维实体成像原理，在真实空间中建立立体投影体系，将构建的三维地形地物模型以一定的比例投影在真实空间中，实现三维地理信息的立体仿真显示。

具体步骤为：

(1)建立地理信息三维视景数据库：

将地形地物中的地理实体定义为真实空间三维立体显示技术中的基本单位，简称Entity，一个实体则对应为地形地物中心点为采样点的一个小长方体，值为采样点的采样值，表示为：

E={x,y,z}x,y,z∈R。

定量设定相应实体的基本特征值包括实体的几何特征、光学特征、时间特性，由于真实空间三维数据信息比较丰富，数据量也很大，而且是和计算机图形图象处理等算法相结合，因此把该类数据格式定义为真实空间三维实体数据格式-True3D Entity File Format，简称TEF格式，表示为：

TEF={空间编号，坐标类型，坐标值，颜色，[亮度]、[透明度]}。

其中，坐标值={x,y,z}；坐标类型={转换坐标、物理坐标、设备坐标}，转换坐标是实体数据所用的坐标，或者是建模系统所默认的坐标系，物理坐标是实体数据转换到三维图象空间后所处的物理坐标，设备坐标是投影体系所采用的坐标系。

转换TEF数据生成三维建模文件格式，对实体数据进行坐标转换到设备坐标中，并以实体的转换坐标来确定所产生的三维数据，纹理数据来自地面、高空拍摄的照片，并因此生产视景数据特征；构造基体、物体、子场景三维实体模型，对各类数据进行一致性处理，去掉冗余数据生成特征物3D模型、地形表面，在地形表面加入特征物；整合后，加入其他的3D模型，建立三维视景数据库。

(2)构建三维地理实体场景模型：

三维数据经过实体要素生成后，就形成了一个以实体为单位的真实空间三维数据；由于三维物体空间是由离散的实体数据构成的，因此对其进行的三维图像变换叫做体视见；在真实三维空间中，三维物体的描述没有物体的几何描述，只有离散的实体数据，因此，根据其运动特征来激活实体要素是实现真实空间三维效果的关键，实体的要素集为：

E＝{x,y,z}。

当屏幕运动到z=z_i的时候，产生一个二维图象，因此通过实体要素集中令z=z_i获得二维图象集，即：

E_i＝{x,y,z|z＝z_i}。