基于OpenGL的三維地貌演繹實(shí)現(xiàn)

摘要：本文以在給定環(huán)境下的地貌演繹生成為主要研究目標(biāo)，對(duì).NET環(huán)境下的OpenGL庫(kù)開(kāi)發(fā)三維場(chǎng)景技巧進(jìn)行闡述，并分析基于OpenGL環(huán)境下的三維地貌演繹的設(shè)計(jì)思路。通過(guò)可靠的數(shù)學(xué)模型，將地貌演繹結(jié)果表現(xiàn)出來(lái)，以此提高地貌演繹的真實(shí)性。

關(guān)鍵詞：OpenGL；地貌演繹；三維場(chǎng)景；.Net，C#

隨著北斗系統(tǒng)在中國(guó)近年來(lái)的全面推廣，已經(jīng)逐漸成為對(duì)中國(guó)境內(nèi)定位導(dǎo)航的新生力量。但是北斗定位系統(tǒng)尚處于起步階段，對(duì)中國(guó)地形地貌數(shù)據(jù)采集量還較少，不便于對(duì)復(fù)雜地貌環(huán)境下的地位導(dǎo)航。基于這種現(xiàn)象，北斗系統(tǒng)需要利用少量采集的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，并通過(guò)科學(xué)有效的數(shù)學(xué)模型，對(duì)一定時(shí)間內(nèi)一定區(qū)域內(nèi)的地貌演繹做出正確預(yù)測(cè)，并通過(guò)可視化的圖形信息表示出來(lái)。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

要使得地貌演繹的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，并且便于人觀察操作是地貌演繹過(guò)程中的主題。所以，通過(guò)分析影響演繹的因素，構(gòu)建合理的地貌演繹數(shù)學(xué)模型，使用可視化的圖形信息表示是在進(jìn)行地貌演繹時(shí)亟待研究與解決的重要問(wèn)題。

（一）系統(tǒng)框架分析

地形地貌的演繹生成過(guò)程受到多方面的影響。影響我國(guó)地貌發(fā)育的內(nèi)外力因素，主要有地質(zhì)構(gòu)造因素、氣候因素、地表組成物質(zhì)因素、人類(lèi)活動(dòng)因素等[1]。在本文中著重討論關(guān)于非人為影響下的地貌形成演繹過(guò)程，通過(guò)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造、氣候、降雨量等因素的控制，給定一段時(shí)間進(jìn)行演繹，得出地貌變化的結(jié)果。

在得到地貌結(jié)果后，需要通過(guò)可視化的形式表現(xiàn)出來(lái)，為了使地貌信息的所有細(xì)節(jié)都能最大程度的保留以及便于觀察等因素，本文采用了OpenGL庫(kù)對(duì)構(gòu)成的圖形進(jìn)行了表示。OpenGL具有跨平臺(tái)等多種優(yōu)點(diǎn)，且相較于Direct并沒(méi)有聲音庫(kù)等對(duì)本文研究結(jié)果無(wú)用的庫(kù)，因此OpenGL更加小巧靈活。

在生成地貌圖形后，為了方便人員對(duì)影響地貌信息的因素做調(diào)整比較，因此需要一個(gè)更人性化的交互設(shè)計(jì)，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下，因此選用.NET開(kāi)發(fā)平臺(tái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。.NET具有大量?jī)?yōu)秀的控件，方便設(shè)計(jì)人性化的交互界面。

（二）系統(tǒng)框架圖

結(jié)合設(shè)計(jì)過(guò)程中的其他問(wèn)題，最后設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框架圖如圖一所示。

二、程序設(shè)計(jì)

在.NET平臺(tái)下最好的編程語(yǔ)言是C#，但是OpenGL并沒(méi)有對(duì)C#進(jìn)行接口封裝，因此需要選用其他第三方對(duì)OpenGL封裝的API，通過(guò)查找比較，最終選擇了SharpGL庫(kù)，SharpGL庫(kù)將OpenGL封裝為一個(gè)控件，并C#寫(xiě)了所有OpenGL接口，開(kāi)發(fā)起來(lái)較為方便[2]。

在程序中采用了點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵并移動(dòng)鼠標(biāo)可旋轉(zhuǎn)生成的地形圖，便于360°觀察整個(gè)地形地貌；采用滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪縮放地形圖，便于觀察整個(gè)地形或觀察細(xì)微地貌信息；采用WASD移動(dòng)地形圖，結(jié)合上述兩種交互方式，方便對(duì)地形地貌的各個(gè)地方進(jìn)行觀察分析[3]。

在程序中可以對(duì)土壤屬性、天氣、降雨量、初始植被量、演繹時(shí)間等屬性進(jìn)行交互操作，通過(guò)除演繹時(shí)間外的其他屬性控制演繹過(guò)程中的影響因子，通過(guò)控制演繹時(shí)間來(lái)生成最終的演繹結(jié)果數(shù)據(jù)。

生成的演繹結(jié)果數(shù)據(jù)分為兩類(lèi)，第一類(lèi)為在該地形形成的湖泊量，第二類(lèi)為在影響因子的作用下，該地域植被的生長(zhǎng)量，通過(guò)這兩個(gè)量在OpenGL中畫(huà)出相對(duì)應(yīng)的湖泊和植被。其中湖泊是畫(huà)出一個(gè)平行于地平面的一個(gè)面，并根據(jù)湖泊量對(duì)該平面進(jìn)行平移，使湖泊面升高或降低；植被的生長(zhǎng)是由植被量通過(guò)查表選出與之最匹配的紋理貼圖，并將該貼圖貼到地形圖中。

在地形地貌圖中增加了天空盒部分，使整個(gè)地形地貌顯得更真實(shí)。

四、總結(jié)

本文分析研究了.NET環(huán)境下，基于OpenGL庫(kù)的三維可視化真實(shí)地貌演繹生成算法設(shè)計(jì)。設(shè)置影響因素與演繹時(shí)間后，通過(guò)科學(xué)有效的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出演繹后的數(shù)據(jù)，并通過(guò)演繹后的數(shù)據(jù)，結(jié)合OpenGL繪制出合理的三維地形地貌圖形。

參考文獻(xiàn)：

[1]王壯志，王巖.中國(guó)地貌形成過(guò)程[J].西江月，2014，（第8期）.

[2]http：//www.codeproject.com/KB/openGL/sharpgl.aspx

耿富成（1993年3月），男，漢族，陜西省西安市人，在讀大學(xué)生，本科，單位：西安理工大學(xué)，研究方向：數(shù)字媒體技術(shù)，圖形開(kāi)發(fā)處理endprint