数字城市技术,模拟仿真技术,三维建模虚拟城市建模技术.ppt

1、1，第8章虚拟城市建模技术，81虚拟环境建模概述，82虚拟环境建模的特点，83虚拟环境中虚拟实体的表现形式，84虚拟环境几何建模技术，85虚拟环境物理建模技术，86虚拟环境行为建模技术，2，81虚拟环境建模概述，(1)准确性，(2)显示速度，(3)易用性，(4)通用性，评价一种建模技术的主要指标，3，881虚拟环境中有各种各样的实体对象，并且不同类型的实体经常被构造。(2)实体行为的唯一性。在虚拟环境中，一些实体必须有自己的行为，而其他图形建模系统一般只构造静态对象，对象的行为通常是简单的平移或旋转。(3)交互性。虚拟环境中的实体必须能够响应观察者。当一个观察者与一个物体相互作用时，这个物体必

2、须做出适当的反应。虚拟环境建模的特点，4，82虚拟环境建模的特点，(1)可重用性。(2)当与虚拟环境交互时，模型应该提供一些提示，以便交互可以根据观察者的意图进行。(3)在构造物体的几何结构时，我们必须充分考虑表达物体的行为是否有益。虚拟环境的建模特征对建模技术和软件有特殊要求，5，83虚拟环境中虚拟实体的表示，(1)视觉外观，(2)物理特征，(3)实体信息，(4)环境信息，6，83虚拟环境中虚拟实体的表示，(1)视觉外观。虚拟环境中的每个仿真对象包括两个方面：形状和外观。物体的形状由组成物体的多边形、三角形和顶点决定。物体的外观由表面纹理、材料、颜色和光照系数决定。模拟物体的外观特征主要由表

3、面反射特性和表面纹理决定。表面反射特性应考虑光源的位置和类型；纹理可以大大提高物体的细节和真实感。7、(1)视觉外观、8、(1)视觉外观、9、83虚拟环境中虚拟实体的表示形式、以及(2)物理特性，包括定义质量、重量、惯性、表面纹理、平滑度或粗糙度、硬度、形状变化模式等。物理特征与几何建模和行为规则相结合，形成更真实的物理模型。10，83虚拟环境中虚拟实体的表示形式；(3)实体信息，包括动态特征、视觉特征、听觉特征等。虚拟城市中的实体信息通常包括地理位置、方位、外部特征、姿态、运动速度等。如飞机、滑翔机等飞行器在空中六自由度运动的动态描述，汽车在道路和起伏地形上运动的动态特性描述等。11，83虚

4、拟环境中虚拟实体的表达形式；(4)环境信息。在虚拟城市中，环境信息包括城市地形、气象条件、照明和其他环境信息。12，84虚拟环境几何建模技术，(1)物体的形状通常可以通过测试三维物体的表面获得离散的三维数据，然后用多边形描述这些数据来构造物体的多边形描述。(2)虚拟实体对象的真实感外观主要取决于其纹理和表面反射。过去，提高物体真实感的主要方法是增加物体的多边形细节。当需要实时模拟时，添加多边形细节会降低图形处理速度。13，84虚拟环境几何建模技术，(1)层次化建模方法，(2)克隆建模方法，几何建模方法，14，84虚拟环境几何建模技术，(1)层次化建模方法，用树形结构表示实体的各个组成部分，即几

5、何对象可以通过自顶向下的方法分解，也可以通过自底向上的构造方法重构。，15，84虚拟环境几何建模技术，(1)分层建模方法，16，84虚拟环境几何建模技术，(1)分层建模方法，真实实例，17，84虚拟环境几何建模技术，(1)分层建模方法，真实实例，18 (2)克隆建模方法。所有者对象建模的思想是使同一个对象具有相同的所有者(或父对象)，并且所有者包含对象的详细结构和属性特征。创建所有者实例时，只需将指针复制到所有者。19，84虚拟环境几何建模技术，(2)克隆建模方法，(1)简单高效：同一对象的结构只需建立一次，克隆的对象不占用内存空间，提高了系统的显示效率。(2)易于修改：修改对象时，只需修改其

6、所有者，克隆的对象可以自动继承其下级所有者的修改部分。(3)良好的一致性：由于继承，不可能有属于同一所有者的多个对象实例的不一致结构。20，84虚拟环境几何建模技术，(2)克隆建模方法，克隆，21，84虚拟环境几何建模技术，(2)克隆建模方法，克隆，克隆，22，84虚拟环境几何建模技术，人工几何建模方法，如3DS，3DMAX，Creator，Maya等建模软件84虚拟环境几何建模技术，半自动几何建模方法，3D扫描仪成型技术，如Cyrax 2500，24，84虚拟环境几何建模技术，半自动几何建模技术，如Cyrax 2500 半自动几何建模方法，基于3D扫描仪的方法：26，84虚拟，27，技术路线

7、，技术路线，28，数据源，数据采集，高清晰度航空照片，高分辨率卫星遥感照片，地理信息系统数据(数字高程模型，三角网，SHP等)。 )，建筑三维结构模型数据的数码照片，29，虚拟城市典型示范区数据源，仙林新校区，仙林地区1: 5000地形图1: 21000彩红仙林校区外航拍照片1: 1000校园平面设计图仙林校区3 D和玄武湖地区2 D建筑结构图， 玄武湖地区1: 2500彩色红外航拍照片玄武湖地区1: 500电子地图玄武湖地面控制点刺点照片地面控制点文件相机校准文件，30，玄武湖数据采集整个地区有10个航区，但仅提供4个航区的控制点刺点照片。 控制点数量不足，分布不均匀，不能采用常规的数据处理

8、方法。地理特征，31，玄武湖数据采集，分区测量控制点加密的地面特征点预测，解决方案，32，利用地面特征点构建三角网，33，数据采集结果，数字地面高程模型制图数据(属性数据):建筑物、道路、水系等数字正射影像。本文研究了虚拟仪器、地理信息系统和数字摄影测量系统MultiGen之间的空间数据一致性匹配问题。研究了各自数据结构对象之间的空间映射关系，确定了系统间空间数据的快速转换算法，实现了系统间的数据互操作。，数据互操作性，35，数据管理，直接转换：通过开发用户转换工具，从空间数据格式到虚拟现实系统所需的格式，数据互操作性方法，VirtuoZo空间数据(XYZ)，MultiGen空间数据(DED，

9、DFD)，CNSDTF空间数据标准，ArcInfo空间数据(TIN，Grid)，36，数据管理，间接转换：即使用通用数据转换标准(如CNSDTF)作为桥梁，实现空间数据的共享，数据互操作性方法，VirtuoZo空间数据(DEM， XYZ)、MultiGen空间数据(DED，DFD)、CNSDTF空间数据转换标准、ArcInfo空间数据(TIN，Grid)、37、DED数据结构、38、DFD逻辑结构框图、39、参数设置接口、数据存储模块、数据转换模块、投影转换模块、数据分析模块、矢量数据互操作系统、数据存储模块、数据转换模块、投影转换模块、 网格数据互操作系统，实现空间数据互操作，40，DED，

10、选择算法，建立表面模型，正投影图像，地理坐标纹理图像，三维景观，DFD，分层输入，地面对象选择，投影模式选择，特征标识，纹理，材质，SMC等。树木和花卉，建筑模型，可视化数据库，近景摄影图片，数码相机，扫描数字化，数码图片，Photoshop，校正处理，来自其他来源的图片，输出图像格式，纹理素材库，虚拟环境构建|流程图，41，虚拟环境地形建模，地形和地貌生成，42，虚拟环境单一建筑模型，使其结构与实际复杂模型的层次结构一致，并使其清晰。添加、修改和删除模型，以及装饰材料和纹理都很方便。43，虚拟环境中的单体建筑模型，多边形简化：在保证系统实时性和尽可能不破坏库模型真实性的情况下，利用多边形简化

11、算法简化模型，删除一些较小的多边形，减少模型的数据量。现实模型生成：库纹理来自设计渲染。经过扫描和图像处理后，纹理映射在库的每个部分进行。图书馆的顶部依靠对颜色和材料的控制来展示真实的效果。由于库的左右部分是对称的，一部分可以先加工，另一部分可以用镜像法完成。44，三维建模|三维模型库，45，虚拟环境|城市模拟模型，使用所传送的DFD文化数据，将建筑物、道路、湖泊等的真实世界信息映射到地形和地貌，然后将相应的纹理、颜色和材料属性分配给它们。46，虚拟环境城市仿真模型，将特征数据中的经纬度与地形显示中对应的经纬度联系起来进行匹配和映射。将真实世界的数据整合到虚拟城市的三维地形环境中。对于单独建立的实体模型，可以先读出实际坐标值，然后转换成相应的经纬度坐标，即(x，y)(Lon，lat)，再映射到地形上生成