基于分形、DEM、DOM、LOD自适应渲染策略的

1、基于分形、DEM、DOM、LOD自适应渲染策略的三维虚拟现实系统需求分析Requirements Analysis文档版本号3.1WereU Studio目录1.引言1.1编写目的1.2背景1.3术语定义2.项目概述2.1项目目标 2.1.1开发意图2.1.2作用及范围2.1.3背景2.2用户的特点2.3假定和约束2.4系统功能描述 3.需求规定3.1 功能需求3.1.1 光学设备扫描载入3.1.2 场景生成3.1.3 文件载入3.1.4 输出场景3.1.5键盘鼠标控制3.1.6 漫游模式切换3.1.7 场景渲染3.1.8 添加树木3.1.9 添加天幕3.1.10 添加光照3.1.11 添加浮

2、云3.1.12 添加雨雪3.1.13 添加水面3.1.14 渲染模式切换3.1.15 多种界面语言切换3.1.16 多种背景音乐切换3.1.17 多种颜色主题切换3.2 非功能性需求3.2.1 精度 3.2.2 时间特性要求3.2.3 灵活性3.2.4 故障处理要求 故障估计： 处理要求：3.2.5 可用性需求3.2.6 可靠性需求3.2.7 安全性需求3.2.8 保密性需求3.2.9 外部需求3.2.10 文档需求4环境规定4.1 设备 4.2 系统环境4.2.1 开发环境4.2.2 运行环境4.3接口4.3.1设备接口4.3.2通讯接口5.参考1.引言1.1编写

3、目的本项目的名称为“基于分形、DEM、DOM、LOD自适应渲染策略的三维虚拟现实系统”。本文档能帮助设计者尽快了解用户需求。本文档的编写目的在于指出系统在各方面的具体需求，指出本系统的体系、结构、模块,为开发工作做好充分准备。本文档的预期读者是本系统的需求用户，团队开发人员、相关领域科研人员。1.2背景系统名称：基于分形、DEM、DOM、LOD自适应渲染策略的三维虚拟现实系统开发团队：WereU Studio团队成员：张嘉华，梁 成，陈利强1.3术语定义概念解释DEM数字高程模型DOM正射投影模型DLG数字划线图RAW矢量地形高度图LOD细节层次简化技术DRG数字栅格图2.项目概述2.1项目目

4、标绚丽多彩的地形世界，天空中漂浮的变幻莫测的云彩，地球表面雄浑壮阔的地貌，海洋上风起云涌的滔天巨浪，以及各种犬牙交错的海岸线，这一切都不再是大自然这位天工之匠的专利了，它将会成为你应用我们开发的桌面式基于分形、DEM、DOM、LOD自适应渲染策略的三维虚拟现实系统的一道美丽风景线。我们通过百度、google等搜索引擎进行调查，发现于地学环境相关的软件几乎都是为GIS或三维游戏等开发的地形场景制作软件。另一方面，随着地理信息系统、三维游戏开发、视景仿真等相关领域的飞速发展，国内需要一套完整的、适用于超大规模地学环境的地形场景构建及漫游系统。因此，我们计划开发一套基于分形、DEM、DOM、LOD自

5、适应渲染策略的三维虚拟现实系统，实现超大规模地学环境场景的生成、渲染、漫游、输入输出，以及添加环境效果等动能，逼真地再现大自然的风采，填补这块空白，满足相关领域的需求。本系统可以应用于3DGIS，地学环境分析，虚拟战场环境，地物几何建模，三维游戏，数字艺术娱乐，虚拟多人互动环境等各个方面。本系统的3D接口采用Microsoft DirectX 9.0c for managed code，底层动态链接库采用Microsoft Visual Studio 6.0开发，主界面及主程序采用Microsoft Visual S 2003 with Framework 1.1 SDK开发。本系统在Wind

6、ows 98/ME/2000/XP/NT4.0环境下运行，带有自行开发的超大规模场景引擎及系统演示主程序。2.2用户的特点本系统可适用于3DGIS、地学环境分析、三维游戏开发、视景仿真等相关领域人员，以及相关计算机科学领域的用户。操作人员只需懂计算机的基本操作。本系统的预期用户使用频率较高。2.3假定和约束本软件的预计开发周期为八个月，共120个工作日，预定在2004年10月前按照项目计划完成整个项目。2.4系统功能描述 Use Case图用户输出场景渲染模式切换添加天幕（添加浮云，雨雪）添加树木添加水面分析场景区域界面操作输入场景载入场景生成场景数据扫描采集源航拍扫描仪遥感界面切换语言切换音

7、乐切换颜色主题添加光照场景漫游键盘鼠标控制支持漫游模式切换场景渲染3需求规定31功能需求3.1.1 光学设备扫描载入功能描述：用户通过外部设备载入地形数据并生成地形，支持遥感、扫描仪、航拍及光感器输入输入部分I处理描述P输出部分O1在菜单中选择扫描地形或在菜单中选择从遥感设备载入地形2设置载入时的相关参数，如边缘分析，特征提取等1对扫描或载入的影像进行处理，进行影像分析（本步骤只在有条件的工作环境下实现）2将得到高分辨率影像数据转换为本系统格式的DEM，DOM和场景数据1DEM高程数字模型2DOM正射投影模型3场景对象3.1.2场景生成功能描述：用户可以设置参数（地形区域样式，地表特征，分形维

8、度，分布序列，道路，河流，树木数量等），让计算机自动生成不同的大规模地形。输入部分I处理描述P输出部分O1在菜单中选择场景生成2在弹出的对话框中为场景设置参数1根据参数构造三维地形2生成地形的DEM,DOM数据1DEM高程数字模型2DOM正射投影模型3场景对象3.1.3文件载入功能描述：用户能载入不同格式的地形图数据并生成地形图，支持各种地形图文件及位图式的标准地形图输入部分I处理描述P输出部分O1在菜单中选择载入地形2在弹出的对话框中浏览并选择地形文件1从指定文件中读入地形数据2把数据转换为本系统格式的DEM，DOM和场景对象数据1DEM高程数字模型2DOM正射投影模型3场景对象输入格式：格

9、式描述扩展名USGS数字高程模型DEM空间数据传输标准SDTS数字高程地形数据DTEDVirtual Terrain Project 二进制数据地形格式（）BT海洋测深学专用海底地形高程数据格式 CDF, HDFASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) DEM数字地面模型格式DTM16位灰度高程图格式PGMSurfer GRDGRDArc/Info二进制栅格数据格式ARCTerraGen格式TERNASA Shuttle Radar Topography MissionS

10、RTMGTOPO30地球高程数据DEMNOAA GLOBE Project以单独分割的二进制数据文件存在 GeoTIFF，一种地形信息包含在TIFF文件中的TIFF标准TIFF (TIF)ER Mapper格式(采用与MrSID相近的压缩方法)ECWLizardTech格式,具有非常高的压缩比MrSID用于遥感和高分辨率GIS的二进制数据格式BIL，BSQ提供比JPEG标准更高压缩比的可用于地学影像存储的图像标准JPEG其它常见的可用于存储地学影像的图像文件格式PNG、GIF、BMP、TGA二进制灰度高程数据格式RAW、RSW其它可用于存在地表模型的格式3DS、X、TVM、VRML3.1.4输

11、出场景功能描述：将地形数据转换为用户指定的各种地形数据格式文件并输出输入部分I处理描述P输出部分O1在菜单中选择场景输出2在菜单中选择输出格式把场景数据转换成输出格式本系统支持的余种地形数据文件输出格式：与输入格式相同3.1.5键盘鼠标控制功能描述：用户可以通过键盘或鼠标对软件进行操作，包括漫游时对路径进行控制。包括：漫游模式作用键盘左右方向键第一人称漫游第三人称漫游控制摄像机或鸟群水平转角键盘上下方向键第一人称漫游第三人称漫游控制摄像机或鸟群前后移动键盘方向键；鼠标拖动俯视图式场景漫游斜45度角场景漫游控制摄像机水平移动鼠标移动第一人称漫游第三人称漫游控制摄像机移动和水平转角鼠标在地图中单击

12、第三人称漫游指定鸟群移动目标位置鼠标拖动旋转式控制摄像机的水平和垂直方向的转角键俯视图式场景漫游斜45度角场景漫游控制摄像机或鸟群的高度Esc任何模式退出另外，还包括截图，渲染控制等功能键。3.1.6漫游模式切换功能描述：在对地形场景进行处理后，用户可以在场景内进行漫游，通过不同的路线和角度观看场景。漫游模式包括：a 第一人称视觉漫游，用户直接控制摄像机。b 自动轨迹场景漫游，由用户设置参数，计算机生成路径并控制摄像机。c 俯视图式场景漫游，用户只能控制摄像机高度和移动。d 斜45度角场景漫游，用户只能控制摄像机高度和移动。e 第三人称视觉，鸟群跟踪式场景漫游，用户控制鸟群。f 旋转式，围绕摄

13、像机视域的当前点旋转漫游输入部分I处理描述P输出部分O在主界面中点击漫游模式对应的按钮根据漫游模式及摄像机移动状况，更新视锥不同摄像机设置下的场景内容3.1.7场景渲染功能描述：在场景输入后及场景漫游时对整个地形场景及景物进行渲染。用户可以暂停渲染，选择渲染效果（如不同的填充效果），控制运动模糊程度。渲染对象包括：a. 地形渲染b. 场景对象（树木等）渲染c. 天空，云雾，雨雪等渲染3.1.8 添加树木功能描述：用户能往场景中添加树木，并可以设置树木的数量，生成样式（通过生成算法控制)，形状（通过如迭代深度，生成方案等控制）。输入部分I处理描述P输出部分O1 在点击场景对象按钮2 在对话框中选

14、择添加树木3 并为树木设置参数生成树木模型，并添加入场景场景中的树木3.1.9添加天幕功能描述：用户点击天空设置按钮，设置天幕类型及背景，能够往场景中添加天幕。系统在对话框中提供原野、沙漠、城市、宇宙等不同类型的全景图，用户可以选择其中的一幅全景图作为天幕背景，也可以选择纯天蓝色天幕背景。天幕类型包括：a. 球状天幕Sky Sphereb. 方盒状天幕sky box3.1.10添加光照功能描述：用户点击天空设置按钮，能够在对话框内选择往场景中添加光源（太阳）,设置光源的强度、方向等参数，增添或更改镜头光晕，改变光照的效果。3.1.11添加浮云功能描述：用户点击天空设置按钮，能够在对话框内选择往

15、场景中添加天空中浮云，并且浮云能够在天空中按一定自然规律移动。3.1.12添加雨雪功能描述：用户点击雨雪按钮，能够在对话框内选择往场景中添加雨雪粒子。用户可以设置气象类型，粒子数量，粒子下落速度，风向，风速等参数，设置后场景中出现雨雪等气象，且雨雪粒子能够自然下落，同时考虑风向、风速等影响。3.1.13添加水面功能描述：用户点击地形编辑按钮，设置海平面高度，系统为海平面以下的地形添加水面。摄像机在水面以上时，对水面以下的景物做不可见或折射处理；摄像机进入水面以下时，将对水面以上景物做折射处理，同时对画面进行水中效果处理，如在摄像机前增加气泡，画面颜色呈现水下状态。3.1.14 渲染模式切换功能

16、描述：用户可以选择不同的渲染模式，使场景生成的效果不同。渲染模式包括：a. 场景网格化渲染模式b. 纹理映射贴图渲染模式3.1.15多种界面语言切换功能描述：系统提供多种语言支持。用户可以在功能菜单中选择适合自己的语言种类，设置后系统将更新界面、菜单及按钮中的语言。包括：a. 简体中文b. 繁体中文c. 美式英语3.1.16多种背景音乐切换功能描述：系统以外壳形式循环播放背景音乐。用户可以选择自己喜欢的音乐。在进入新场景时自动随机更换背景音乐。3.1.17多种颜色主题切换功能描述：系统提供7种常见的基本色调供用户选择。用户可以依据喜好选择颜色主题。设置后系统将更新所有窗口、菜单及按钮的背景颜色

17、。3.2非功能性需求3.2.1精度 无此项需求3.2.2时间特性要求a. 当前进程处于消息循环非渲染状态时响应用户操作不能大于1秒b. 数据的转换和传送时间不能超过5分钟c. 生成场景时间不超过30秒。3.2.3灵活性a. 用户可以选择不同的载入策略b. 用户可以选择不同的漫游模式c. 用户可以根据喜好选择背景颜色主题、背景乐等。d. 提供各种输入输出方案和格式的选择。e. 软件能在Windows 98/ME/2000/XP/NT4.0 任一操作系统上运行f. 提供多种语言支持g. 支持多种扫描设备接口3.2.4 故障处理要求 故障估计：a. 光学扫描设备没反应b.载入场景数据出

18、错c. 场景对象越界d. 设备达不到要求e. 缺少运行期文件f. 未将对象引用为实例g. 读取日志文件出错h. 摄像机处于地表之下i. 视觉不稳定j. 真实感不足k. 键盘，鼠标没反应 处理要求：a. 具有容错系统，能够自动处理由于遥感设备或者扫描仪等硬件设备带来的错误；能够处理由于图像格式或者图像内容无法识别带来的错误；能够更正场景数据中不符合系统要求的b. 具有恢复系统，能够定时保存场景浏览状态；能够在系统出现崩溃性错误时，自动进行日志记录，并重新启动系统，恢复到最后一次场景记录状态。c. 具有日志记录系统，能够不定期输出当前场景状态和渲染状态。d. 在系统出现故障是弹出对话

19、框，说明故障种类及可能原因，提供“重试”、“忽略”、“退出”等选择。3.2.5可用性需求系统能够运行在Windows 98/XP/ME/2000/2003/NT4.0操作系统上，无论是否连接扫描或遥感设备都总是可用的。3.2.6可靠性需求系统发生不可恢复性崩溃或异常错误的频率低于每切换25个场景次系统在没有连接扫描或遥感设备时不会发生异常错误3.2.7安全性需求系统应该有一套异常处理方案，有一套硬件检测方案，每小时例行测试与系统所连接的外部设备。3.2.8保密性需求具有一套保密措施，能够保证每一个登陆系统的用户的密码及其个人资料不被泄漏。3.2.9外部需求系统不应该对系统的操作人员公开用户除登

20、陆ID以外的任何信息。3.2.10文档需求需求分析可行性分析概要设计项目计划用户手册维护手册详细设计开发包(SDK)函数参考4环境规定4.1 设备 CPU600MHZ硬盘空间100M图形显示卡带2M显存至少支持二通道纹理渲染，支持DirectX 8.1或OpenGL 1.14.2 系统环境4.2.1 开发环境操作系统Microsoft Windows 98/ME/NT/2000/XP/2003集成环境Visual Studio 6.0Visual S 2003M Framework 1.1 SDK图形引擎Microsoft DirectX 9.0C SDK & Developing R

21、untime for managed codeSGI OpenGL SDK 1.1开发语言Visual c+ 6.0（动态链接库开发）Visual B（界面开发）图形处理及界面设计Paint Shop pro 7.04.2.2 运行环境操作系统Microsoft Windows 98/ME/NT/2000/XP/2003集成环境支持M Framework 1.1 Runtime图形接口Microsoft DirectX 9.0c Runtime for managed code4.3接口4.3.1设备接口通过COM口连接乐高机器人RCX组件通过COM口或PCI卡连接遥感设备通过USB或LPT接

22、口连接扫描设备4.3.2通讯接口本系统使用DirectPlay接口通过TCP/UDP协议进行多用户协同漫游，使用COM接口跟带有光度传感器的RCX或者红外线遥感设备连接，使用USB接口连接高精度光学扫描仪。5参考1 沈志斌。汉语程序设计语言。电子工业出版社2国家计算机标准和文件模板(GB856T88)软件需求说明书3Scott W. Ambler. Building Object Applications That Work: Your Step-By-Step Handbook for Developing Robust Systems with Object Technology.Ambr

23、idge University Press. 1998 4Scott W. Ambler. The Object Primer.Cambridge University Press.20005Martin Fowler, Ivar Jacobson and Kendall Scott. UML Distilled: Applying the Standard Object Modeling Language. Addison-Wesley Longman.19976James Rumbaugh, Grady Booch and Ivar Jacobson.The Unified Modelin

24、g Language Reference Manual. Addison-Wesley Longman, 1999 7龚建华，林珲。虚拟地理环境-在线虚拟现实的地理学透视。 北京：高等教育出版社. 20018 Durbin J.,Swan II J E.,Colbert B., Crowe J., King R., King T., Scannell C., Wartell Z., Welsh T. Battlefield visualization on the responsive workbenchA. Proceedings IEEE Visualization '98C, Research Triangle Park, North Carolina: IEEE Computer Society Press, 1998:463466.9 Rhyne T M. A commentary on GeoVRML: a tool for 3D representation of georeferenced data on the webJ. Int. J. Geographical Information Science，1999,13(4):439443.7 Faust N L. The virtual reality of GIS J. En