《二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化.doc

二维电子地图与三维虚拟场景的互响应与可视化 摘 要 近几年来，随着计算机技术，特别是计算机图形学、网络、多媒体、三维仿真技术、虚拟现实技术的快速发展，给二维电子地图注入了新的活力，基于三维虚拟场景的三维电子地图正成为电子地图发展的一个重要方向。但是三维虚拟场景又不可能完全取代二维电子地图。最完美的解决方案是两者的有机集成。本文研究的互响应思想有效地解决了当今独立的二维电子地图和独立的三维虚拟场景的各自不足之处，有机地结合了二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、现实性、直观性的优点，同时又克服了二维电子地图的抽象多义性和三维虚拟场景漫游的方向迷失感，真正做到了两者间的优势互补。其中互响应的表现形式主要为以下几点：用户在三维虚拟场景中漫游时，二维电子地图实时显示出相应的位置和视野(FOV)；在二维电子地图中改变观察者位置，相应地在三维虚拟场景中视点跳到对应的位置。在三维虚拟场景中改变视点位置，在二维电子地图中也跳到对应的位置；二维电子地图中进行目标属性信息查询的时候，三维虚拟场景的对应目标高亮显示；三维虚拟场景中进行目标属性信息查询的时候，二维电子地图的对应目标高亮度显示；实现空间和属性信息的双向查询，即可以从空间信息到属性信息的查询，也可以从属性信息到空间信息的查询；应用程序开始时，并不调入三维虚拟场景，只在用户需要观看三维虚拟场景的时候，在二维电子地图中拉框选择一块区域，实时动态地调入该块区域的三维虚拟场景；如果用户想观看沿某一条路径的三维虚拟场景中，可以在二维电子地图中选择一条路径，相应的在三维虚拟场景中将沿这条路径自动进行漫游。 论文还对二维电子地图和三维虚拟场景中的可视化以及互响应后的可视化问题进行了探讨。对三维数据获取和创建三维模型库等几个关键问题进行了研究，其中对一些有用的细节技术如：LOD(层次细节)、Billboard（公告牌）、Instance（实例）等进行阐述。 最后以贵阳市某区为实验数据，在 VC++平台和 Vega 函数库下实现了二维电子地图和三维虚拟场景的互响应与可视化的集成。 关键词： 二维电子地图 三维虚拟场景 互响应 可视化 仿真技术 Vegaii 引 言 地图作为记录地理信息的一种图形语言形式，最为古老，久负盛誉。传统的二维地图，作为常规性的测绘产品，是一种有效的地理空间信息载体，在人们认识地理环境，获取并分析应用地理信息中发挥了重要作用，是地理信息的重要表现形式。随着计算机技术的快速发展，电子地图应运而生，电子地图在存储、编辑、管理、显示地图数据中发挥了重要作用。计算机图形学、网络、多媒体、三维仿真技术、虚拟现实技术的快速发展，给电子地图注入了新的活力，其中基于三维虚拟场景的三维电子地图已成为电子地图发展的一个重要方向。但是独立的二维电子地图和独立的三维虚拟场景都有着自身的不足之处。二维电子地图对研究区域的宏观性和整体性把握有较大的优势，同时二维电子地图的符号抽象多义性, 又给人们认识空间信息带来了一定的困难。三维虚拟场景有着逼真的视觉效果，具有动态性、交互性、真实性等优势。三维虚拟场景已在城市规划和设计、城市交通、城市仿真领域、大型工程浏览、军事指挥、测绘等部门得到了广泛的应用，但是用户在三维虚拟场景中漫游时，往往容易产生方向迷失感。本文在研究了国内外地图可视化，地形三维仿真，地理信息系统三维可视化的基础上，提出了基于二维电子地图和三维虚拟场景的互响应思想，有机地结合了二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、现实性、直观性的优点，充分地发挥了两者的优势，同时又克服了二维电子地图的抽象多义性和三维虚拟场景漫游的方向迷失感。通过互响应机制可以较好地解决两者之间的通讯问题。 第一章 绪 论 1.1 地图学的基本概念 传统地图是在图纸上根据地图投影、地理坐标和比例尺，用各种地图符号（点状符号、线状符号、面状符号）和文字注记、颜色来表示一定区域内的地形、地貌、地物以及各种地理现象和社会经济现象。地图有三个最基本的特性：严格的数学基础、使用地图语言、实施制图综合[1]。因此，地图是对地理空间信息的抽象化、符号化和可视化的描述。这使得地图符号既是制图者表达地理空间信息的手段，又是地图使用者获取地理空间信息的工具和手段。对于制图工作者，不仅要有很强的空间认知能力，还要能使设计的地图符合人们的认识规律，以使读图效果达到最佳；对于地图的使用者，除了具有良好的空间认知能力外，还要具有一定的读图经验，只有这样才能把二维平面地图上的空间信息转化到形象的三维地理空间之中。地图作为记录地理信息的一种图形语言形式，最为古老，久负盛誉。地图自古以来就是用图形表示事物，可以说是一种最早的可视化方式。地图学则是研究以图形的、数字的或触觉的形式反映空间关联信息的结构、传输、表现和利用的科学