專利名稱：基于紋理映射技術(shù)的視景仿真系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及在視景仿真系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新和實(shí)時(shí)繪制的方法。
背景技術(shù)：
矢量數(shù)據(jù)在視景仿真系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)繪制，可將代表諸如城市、界域、河流水系、道路、管網(wǎng)等內(nèi)容的矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)映射到用于視景顯示的三維場(chǎng)景模型中，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)與三維場(chǎng)景模型的有機(jī)融合、動(dòng)態(tài)繪制和實(shí)時(shí)顯示，可廣泛應(yīng)用于以城市規(guī)劃、水利規(guī)劃、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、通訊網(wǎng)絡(luò)、水油氣電管網(wǎng)等為代表的視景仿真系統(tǒng)中。長(zhǎng)期以來(lái)，矢量數(shù)據(jù)在視景仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用主要采用I)利用專業(yè)建模工具將矢量數(shù)據(jù)生成三維場(chǎng)景模型和2)利用專業(yè)圖形處理工具將矢量數(shù)據(jù)疊加在紋理上再生成三維場(chǎng)景模型等靜態(tài)繪制方法。場(chǎng)景模型一旦生成將很難改變，無(wú)法實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)加載和動(dòng)態(tài)繪制，無(wú)法在視景仿真系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)以點(diǎn)、線、面為主要特征的矢量數(shù)據(jù)。紋理映射技術(shù)是一種為了顯示表面幾何無(wú)法表示的細(xì)節(jié)特征，而逐點(diǎn)改變表面屬性的方法，可以在大幅減少場(chǎng)景多邊形數(shù)的同時(shí)豐富場(chǎng)景表現(xiàn)。圖形工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)OpenGL支持多重紋理映射，即在同一個(gè)幾何體上映射和混合多個(gè)紋理圖像，最多可支持8個(gè)映射通道。這項(xiàng)技術(shù)為視景仿真系統(tǒng)中矢量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)繪制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決視景仿真系統(tǒng)中矢量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)繪制問(wèn)題，滿足與實(shí)物沙盤(pán)、實(shí)物控制面板等控制系統(tǒng)的交互和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)控制。基于紋理映射技術(shù)實(shí)時(shí)將矢量數(shù)據(jù)所代表的點(diǎn)、線、面等信息通過(guò)正投影的方式疊加在三維場(chǎng)景模型中，可以有效實(shí)現(xiàn)代表不同含義的矢量數(shù)據(jù)在視景仿真系統(tǒng)中與三維場(chǎng)景模型進(jìn)行有機(jī)融合，并能實(shí)時(shí)對(duì)矢量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源、顏色及狀態(tài)進(jìn)行改變和更新，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各種不同文化特征的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效控制。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種基于紋理映射技術(shù)的視景仿真系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪制方法，其包括以下步驟:步驟一:初始化視景仿真系統(tǒng)場(chǎng)景圖和矢量數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建和初始化用于矢量數(shù)據(jù)投影融合的場(chǎng)景模型節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建和初始化矢量數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)及其矩陣節(jié)點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)作為矩陣節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，完成場(chǎng)景樹(shù)構(gòu)建。其中，矢量數(shù)據(jù)以常見(jiàn)的*.Shp格式為代表。步驟二:創(chuàng)建并設(shè)置矢量數(shù)據(jù)矩陣節(jié)點(diǎn)的更新回調(diào)，動(dòng)態(tài)改變矢量數(shù)據(jù)的加載、釋放、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)屬性(如位置、狀態(tài)、顏色、材質(zhì)、光照等)的獲取和設(shè)置。更新回調(diào)主要保證矢量數(shù)據(jù)按需動(dòng)態(tài)加載、節(jié)點(diǎn)屬性動(dòng)態(tài)更新等。步驟三:創(chuàng)建并鏈接與實(shí)物控制系統(tǒng)(如實(shí)物沙盤(pán)、專用控制面板或控制系統(tǒng)等)的串口數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)接收控制數(shù)據(jù)，并通過(guò)步驟二創(chuàng)建的更新回調(diào)來(lái)控制矢量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)繪制。步驟四:創(chuàng)建并設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)，將步驟一創(chuàng)建的數(shù)據(jù)矩陣節(jié)點(diǎn)作為覆蓋節(jié)點(diǎn)的覆蓋場(chǎng)景圖，設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)的最低投影面高程，同時(shí)將步驟一創(chuàng)建的場(chǎng)景模型節(jié)點(diǎn)作為覆蓋節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)。步驟五:將覆蓋節(jié)點(diǎn)作為子節(jié)點(diǎn)加入到場(chǎng)景樹(shù)中，包含矢量數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染繪制。需要注意的是，在本發(fā)明中，上述步驟一至五并非是嚴(yán)格按時(shí)間和/或先后順序進(jìn)行的，其中的不同步驟可以同時(shí)進(jìn)行或者適當(dāng)?shù)卣{(diào)換順序。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)將矢量數(shù)據(jù)以場(chǎng)景對(duì)象的方式動(dòng)態(tài)加載到場(chǎng)景中，并使用多重紋理映射技術(shù)將矢量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)疊加在場(chǎng)景模型上，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)在場(chǎng)景模型上的融合顯示，并通過(guò)串口與實(shí)物控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，進(jìn)而控制視景仿真系統(tǒng)動(dòng)態(tài)改變顯示的矢量數(shù)據(jù)源、顯示狀態(tài)(如顯示、隱藏、釋放等)和顯示屬性(如顏色、材質(zhì)、紋理、光照等)。相比于I)利用專業(yè)建模工具將矢量數(shù)據(jù)生成三維場(chǎng)景模型和2)利用專業(yè)圖形處理工具將矢量數(shù)據(jù)疊加在紋理上再生成三維場(chǎng)景模型等靜態(tài)繪制方法，該方法大幅度減少了場(chǎng)景多邊形繪制數(shù)量和場(chǎng)景模型生成時(shí)間，解決了長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法動(dòng)態(tài)改變矢量數(shù)據(jù)的問(wèn)題，提升了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可移植性和可擴(kuò)展性。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的視景仿真系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪制的應(yīng)用場(chǎng)景圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的視景仿真系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪制的流程圖。圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的視景仿真系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪制的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的關(guān)系圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的應(yīng)用場(chǎng)景如圖1所示。用戶操作以實(shí)物沙盤(pán)、實(shí)物控制臺(tái)等為代表的實(shí)物控制系統(tǒng)300，通過(guò)串口通訊向視景仿真系統(tǒng)200發(fā)送矢量數(shù)據(jù)顯示或更新指令，視景仿真系統(tǒng)200收到相應(yīng)指令后，利用每幀循環(huán)執(zhí)行的矢量數(shù)據(jù)矩陣節(jié)點(diǎn)更新回調(diào)機(jī)制，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)控制由江河湖泊、城市、線路、管網(wǎng)、道路、行政區(qū)域等多種表征不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)組成的矢量數(shù)據(jù)庫(kù)100對(duì)相應(yīng)源數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和屬性更改，然后利用多重紋理映射技術(shù)自動(dòng)的將更新后的的矢量數(shù)據(jù)疊加在三維場(chǎng)景中進(jìn)行融合顯示。圖2和圖3為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的應(yīng)用流程圖和節(jié)點(diǎn)關(guān)系圖，主要的工作包括:1、初始化場(chǎng)景圖S100，初始化矢量數(shù)據(jù)列表SllO場(chǎng)景圖是一個(gè)以邏輯組織和空間表述圖形化場(chǎng)景為目標(biāo)進(jìn)行三維虛擬場(chǎng)景組織和管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖，它采用一種自頂而下的、分層的樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)組織空間數(shù)據(jù)集，以提升渲染的效率。場(chǎng)景樹(shù)是場(chǎng)景圖最常用的表示方式，是圖形或樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的集合。場(chǎng)景樹(shù)結(jié)構(gòu)的頂部是一個(gè)根節(jié)點(diǎn),從根節(jié)點(diǎn)向下延伸,各個(gè)組節(jié)點(diǎn)中均包含了幾何信息和渲染狀態(tài)信息。根節(jié)點(diǎn)和各個(gè)組節(jié)點(diǎn)都可以擁有零個(gè)或多個(gè)子成員。場(chǎng)景圖的設(shè)置主要包括場(chǎng)景樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)、模型節(jié)點(diǎn)、矢量融合模型節(jié)點(diǎn)、矢量節(jié)點(diǎn)、覆蓋節(jié)點(diǎn)、其它節(jié)點(diǎn)等節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建及其節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、所屬關(guān)系等屬性設(shè)置。系統(tǒng)中需要?jiǎng)?chuàng)建的節(jié)點(diǎn)及其描述如下表所示。創(chuàng)建的主要節(jié)點(diǎn)類型及其描述表
權(quán)利要求
1.一種基于紋理映射技術(shù)的視景仿真系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟一:初始化視景仿真系統(tǒng)場(chǎng)景圖和矢量數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建和初始化用于矢量數(shù)據(jù)投影融合的場(chǎng)景模型節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)建和初始化矢量數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)及其矩陣節(jié)點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)作為矩陣節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)完成場(chǎng)景樹(shù)構(gòu)建， 步驟二:創(chuàng)建并設(shè)置矢量數(shù)據(jù)矩陣節(jié)點(diǎn)的更新回調(diào)，動(dòng)態(tài)改變矢量數(shù)據(jù)的加載、釋放、數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)屬性的獲取和設(shè)置， 步驟三:創(chuàng)建并鏈接與實(shí)物控制系統(tǒng)的串口數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)接收控制數(shù)據(jù)，并通過(guò)步驟二創(chuàng)建的更新回調(diào)來(lái)控制矢量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)繪制， 步驟四:創(chuàng)建并設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)，將步驟一創(chuàng)建的數(shù)據(jù)矩陣節(jié)點(diǎn)作為覆蓋節(jié)點(diǎn)的覆蓋場(chǎng)景圖，設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)的最低投影面高程，同時(shí)將步驟一創(chuàng)建的場(chǎng)景模型節(jié)點(diǎn)作為覆蓋節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)， 步驟五:對(duì)包含矢量數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染繪制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 失量數(shù)據(jù)的更新回調(diào)每幀都執(zhí)行，根據(jù)接收到的控制指令實(shí)時(shí)對(duì)矢量數(shù)據(jù)的顯示進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新和控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于， 更新回調(diào)的控制邏輯流程如下: 接收并解析控制指令，若 控制指令無(wú)效，直接返回，不執(zhí)行遍歷操作； 若控制指令有效，遍歷場(chǎng)景樹(shù)，獲取矢量數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信息； 實(shí)時(shí)更改和設(shè)置矢量數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的顯示屬性； 更新成功，返回。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 覆蓋節(jié)點(diǎn)的設(shè)置主要包括如下幾個(gè)步驟: 創(chuàng)建覆蓋節(jié)點(diǎn)； 設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)的覆蓋方式； 設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)的持續(xù)更新； 將矢量數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)設(shè)置為覆蓋節(jié)點(diǎn)的覆蓋圖； 設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)的投影高程； 將矢量融合模型節(jié)點(diǎn)以子節(jié)點(diǎn)的形式加入到覆蓋節(jié)點(diǎn)中，并將覆蓋節(jié)點(diǎn)加入場(chǎng)景樹(shù)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于， 所述覆蓋節(jié)點(diǎn)的覆蓋方式被設(shè)置為基于視圖的正投影、基于對(duì)象的正投影或基于視圖的透視投影。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于， 所述投影高程的設(shè)置值小于矢量融合模型節(jié)點(diǎn)的最低點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)屬性包括位置、狀態(tài)、顏色、材質(zhì)、光照中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于紋理映射技術(shù)的視景仿真系統(tǒng)矢量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)繪制方法，其包括以下步驟步驟一初始化視景仿真系統(tǒng)場(chǎng)景圖和矢量數(shù)據(jù)庫(kù)，完成場(chǎng)景樹(shù)構(gòu)建；步驟二創(chuàng)建并設(shè)置矢量數(shù)據(jù)矩陣節(jié)點(diǎn)的更新回調(diào)；步驟三創(chuàng)建并鏈接與實(shí)物控制系統(tǒng)的串口數(shù)據(jù)通訊，實(shí)時(shí)接收控制數(shù)據(jù)，并通過(guò)步驟二創(chuàng)建的更新回調(diào)來(lái)控制矢量數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)繪制；步驟四創(chuàng)建并設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)，將步驟一創(chuàng)建的數(shù)據(jù)矩陣節(jié)點(diǎn)作為覆蓋節(jié)點(diǎn)的覆蓋場(chǎng)景圖，設(shè)置覆蓋節(jié)點(diǎn)的最低投影面高程，同時(shí)將步驟一創(chuàng)建的場(chǎng)景模型節(jié)點(diǎn)作為覆蓋節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)；步驟五對(duì)包含矢量數(shù)據(jù)在內(nèi)的所有場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染繪制。
文檔編號(hào)G06T13/20GK103218840SQ20121053650
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者楊方廷, 劉玉明, 宿春慧, 韓哲, 管文艷, 曹偉偉 申請(qǐng)人:航天科工仿真技術(shù)有限責(zé)任公司