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基于虚拟现实技术数字地球建模研究 　　摘要：本文基于虚拟现实技术，从应用的角度出发，深入讨论在虚拟现实环境下，数字地球基础模型的模拟建立问题，构造出地球的三维对照体。 　　关键词：数字三维对照 模型 　　中图分类号： TN711 文献标识码： A 文章编号： 　　“数字国土”工程是“数字地球”的重要组成部分，这一工程旨在通过国土资源调查资料的数字化，解决我国目前存在的海量地学数据分散、保存方法落后、查询困难、利用率低等问题。本文将基于虚拟现实技术，从应用的角度出发，深入讨论在虚拟现实环境下，数字地球基础模型的模拟建立问题，构造出地球的三维对照体。 　　一、建立地球模型的复杂性研究 　　要构造一个地球的三维对照体，必须建立地球模型。下面先讨论绘制一个球体的可能性和工作量。 　　如图1.1所示，左边是两个四棱锥组成的正8面体，现在从这个正8面体推导出球的模型。通过正8面体内正方形的对角线将正8面体切成4块，其中的角a为90度；如果称正8面体为球的话，正8面体内正方形的四条边围成的就是赤道， 球半径R为正方形的对角线长的一半，那么正8面体是一个4经度2纬度的球了。 　　 　　图 1.1 尝试建立球体模型的示意图 　　Fig 1.1 Sketch map of trying to establish ball model 　　 　　在切平面上寻找一个点C，使得三角形ABC为等边三角形，并且C到中心O的距离是R，这样就形成图1.1右边的4经度4纬度的球。如果再寻找点D，E，使得三角形DAC，ECB为等边三角形，并且D，E到中心O的距离是R，按以上方法，类似C的点越多，切平面中的图形越接近圆。 　　现在再增加赤道切平面上的点C，使得三角形ABC为等边三角形，并且C到中心O的距离是R。 　　由上的方法，正八面体就趋向于它的外接球了。所以，只要知道球的半径层次数和分块数，就可以构造出地球的模型。 　　二、地球模型的建立 　　地球模型位于系统所有图层的下面，起到一个背景的作用。上节中构造一个球复杂性研究工作表明，用程序绘制一个球体是非常麻烦的一件事情。而我们要开发的是一个地球的完整对照体，地形的复杂程度可想而知。设想假如用相同的方式???创建拥有几万甚至几十万个顶点的物体时，所花费的时间和努力都将是很可怕的。虽然有很多时候需要手动创建顶点和索引数据，但更合适的方法就是从外部的资源加载已有的顶点数据，比如从一个文件。以DirectX为例，在Managed DirectX里有一个可以封装并且加载顶点和索引数据的Mesh对象，虽然Mesh主要用来封装复杂的模型，但也可以用来储存任何类型的图形数据，并且 Mesh类也同样有一些用来提高渲染物体性能的方法。所有的Mesh对象都包含了一个顶点缓冲和一个索引缓存，除此之外，他还包含了一个属性缓冲（attribute buffer）。所以使用Mesh绝对是一个不错的方法，而且有很多专业级的3D模型设计软件, 这些软件可以创建3D模型。 　　由于在近处看地球的时候，地球表面上地形层被显示出来，地球模型被消隐，远处看地球，又不需要太细致的网格，因此在地球模型建立的时候，要在复杂度上作一些文章。模型太简单了，地球不圆，太复杂了，地球消耗了太多的资源。本人的观点认为，建立地球模型的界定尺度是看起来是地球就好。当然，地球模型也同样需要经过简化之后再被加载到场景中去。 　　三、地球模型与地形层 　　如果已经建立地形层模型，为什么还要在场景中加入地球模型呢？其实除了要构造一个地球的完全三维对照体之外，地球模型在场景中还具有一些特殊的用处。 　　首先要明确，建立一个虚拟现实的数字地球，显示多种信息，比较好的办法是把各种信息叠加，即使用分层的形式，建立一个观测距离的临界值，当视点与地球表面的距离到达某个阈值时候，图层信息被显示出来。 　　地球模型在数字地球原形系统中的地位很特殊。假设使用地球模型，并且只有地形模型层的情况下，本节将分三种情况讨论地球模型与地形层的关系。 　　(1) 视线垂直地球表面近距离观测 　　当近距离观测地球表面信息的时候，视见空间完全在地球表面的范围之内。地形图层信息被读出并被显示出来，由于遮挡的原因，地球模型被图层遮挡，视见空间之外的地形也被剪裁掉，只显示视见空间区域内的地形。 　　(2) 视线垂直地球表面远距离观测 　　如果视角在地球之外，地球的模型显示在视见空间之内。也就是说，距离地球表面的距离远大于图层显示的临界值，地形并没有被显示出来，因此看到的就是一个地球的模型。但是考虑到人眼可视范围的限制，人在观测点观察地球，视线是发散的，看到的是一个地球模型，但从图形学的角度来说，并不是一个完整的地球，而是人视线与地球切线之间的表面部分。其余部分因为出于对