[发明专利]三维虚拟现实系统与地理信息系统的无缝可视化方法

权利要求书

1.一种三维虚拟现实系统与地理信息系统的无缝可视化方法，其步骤包括：

1)在预处理阶段，对三维地理信息系统中的各种三维模型采用模型简化技术构建静态层次多分辨率模型，或者不经过预处理阶段，而直接在后续的步骤中采用动态层次多分辨率建模技术；然后以某个满足视觉特征的层次细节的模型作为该层次多分辨率模型的最粗糙层，并以此层模型为基础自动生成地图学规范表示的二维地图符号；具体地，以三维模型中的三角形或者多边形面片为最小操作单位，从三维模型自动生成相应的符合地图学规范二维地图符号，包括以下步骤：

a)根据由三角形或者多边形网格和纹理贴图表示的三维模型提取可视化所需要的基础属性信息；

b)对三维模型中多个网格表示的部件进行合并，将三维模型中所有分散的顶点集合和三角形或者多边形面片信息集合合并到顶点和面片两大集合中；

c)选取三维模型特征最显著表面对三维模型进行扁平化然后投影；

d)生成三维模型可见面的深度图；

e)计算可见三角形或者多边形面片的邻接关系并分片，将法向量相同或者相近且邻接的多个三角形或者多边形面片划分为Patch；

f)计算Patch之间的邻接关系；

g)根据Patch的位置及邻接关系对Patch进行取舍和染色，生成三维模型对应的二维地图符号；

2)在由大量三维建筑模型及其群落以及其他地表模型及其群落组成的三维地理场景的实时可视化阶段，在摄像机由近至远漫游和观察的过程中，首先采用层次选择技术使得三维地理场景中的三维模型依据摄像机距离远近的变化而产生多分辨率模型的层次细节由精细到粗糙直至最粗糙层的切换过渡；随着摄像机与三维模型的距离进一步拉大并到达一定程度时，通过Morph技术使三维地理场景的三维模型无缝过渡到公告牌，并最终无缝平滑过渡到步骤1)中预先生成的二维地图符号，公告牌和二维地图符号在可视化过程中始终正面向摄像机；

3)摄像机由远至近漫游三维地理场景时的可视化过程与上述摄像机由近至远的变化过程相反。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤g)采用下面四种策略中的一种对Patch进行取舍和染色；

第一种策略：将所有Patch划分成两类：处于边缘的Patch和处于内部的Patch；处于边缘的Patch涂成醒目的特征色，处于内部的Patch涂成与建筑表面主体颜色相近的主体色；

第二种策略：将所有不在边缘且邻接Patch数量为1的Patch涂成主体色，其他所有Patch 涂成特征色；

第三种策略：将所有Patch分成三类：处于边缘的Patch一律涂成特征色；处于中间且面积占符号总面积的比例大于一定阈值的Patch，将边缘部分涂成主体色，或者模拟方向光照导致的阴影，将某个方向的边缘部分涂成主体色，其他边缘还是特征色；处于中间且面积占符号总面积的比例小于一定阈值的Patch涂成特征色；

第四种策略：将策略二和策略三结合，是二者的叠加。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)采用基于屏幕贡献率的层次选择算法实现层次切换，设物体的有向包围盒在渲染屏幕上的投影面积为S，通过基于编码的区域积分方法计算有向面积并取其绝对值可以得到S，设渲染屏幕的面积为S₀，定义所述屏幕贡献率为：以r为依据，设定模型各个层次之间的切换值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：采用基于滞后的LOD选取技术，使层次切换值是一个围绕r_i且具有上下限的条带区域，当r增大时使用条带上限作为切换值，而r减小时使用条带下限作为切换值，以避免某物体的屏幕贡献率r反复围绕某一个切换值r_i变化时，画面上该物体频繁出现层次切换带来的跳变情况。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)采用Morph方法实现由三维模型无缝过渡到二维符号，包含两个阶段：第一个阶段从最粗糙层次的三维模型无缝过渡到扁平化的三维模型符号并以公告牌形式呈现；第二个阶段从公告牌无缝过渡到预先生成的二维地图符号；在两个阶段之间更换多边形网格，即将扁平化的三维模型换成在三维模型在扁平化方向上的投影作为纹理贴图的公告牌。