[发明专利]一种复杂三维地形显示方法

权利要求书

1.一种复杂三维地形显示方法，其特征是：

步骤一：数据转换，对读入的三维地形数据进行转换与处理；

步骤二：数据处理，在数据转换完成后，采用OpenGL软件接口对转换后的三维地形数据进行处理，通过像素操作、求值器、光栅化、基于顶点的操作与基本匹配实现像素数据与顶点数据的处理，将三维地形数据转换为计算机所能识别与处理的数据；

步骤三：纹理制作，在经过数据转换与处理后，将数据范围划分为若干子范围，每一个子范围内的数据对应的地形颜色相同；

步骤四：三维地形显示，在数据与纹理都处理完毕后，即生成三维地形，对三维地形模型进行参数设置、地形模型映射、视点—模型变换、投影变换及视口变换。

2.根据权利要求1所述的复杂三维地形显示方法，其特征是所述数据转换的方法为：将原始三维地形数据作为输入，判断其是否所有数据均为有效的数据格式，如不是，则对无效的数据进行数据转换；数据转换具体方式为：检测该数据中是否有目标数据特有的标识符，如没有，则在数据首位添加标识符；无效数据转换为有效数据后，与原始的有效数据进行合并；数据合并的具体方式为：将转换后的数据文件保存在与原始有效数据文件相同的根目录下，并在系统输入数据时，与原始数据文件同时加载；数据合并完毕后，判断合并后的数据是否为“方阵型”数据，如不是，则对数据进行“方阵化”，即数据文件中包含的数据个数为某正整数的平方，且每行数据间用回车键间隔，同行数据间用空格键间隔，“方阵化”的具体方式为：将文件中的数据每MapSize个设为一组，并在组后添加回车键，直至文件的最后。

3.根据权利要求1所述的复杂三维地形显示方法，其特征是所述采用OpenGL软件接口对转换后的三维地形数据进行处理的方法为：首先将像素数据与顶点数据存储在显示列表中，再针对像素进行操作后与纹理进行装配，针对顶点数据进行求值器的处理后，进行基于顶点的操作与基本装配，同时对两数据进行光栅化，最后在经过片段操作后存储至帧缓冲区。

4.根据权利要求1所述的复杂三维地形显示方法，其特征是所述纹理制作具体包括：

（1）首先读入某区域的三维地形数据；

（2）根据显示精度的需要将三维地形数据划分为若干高度范围，高度范围划分过程是将数据文件中的每个数字归类到预先设置的不同的数字范围内，同种数字范围内的数据对应的纹理颜色相同；

（3）通过设置输出精度，将三维地形数据输出为一个MapSize*MapSize大小的纹理图。

5.根据权利要求1所述的复杂三维地形显示方法，其特征是所述三维地形显示具体包括：

（1）参数设置

设置光源参数和颜色模式；

（2）地形模型映射

首先把数字地形数据转成OpenGL可识别和操作的数据格式，然后计算顶点坐标及顶点法向量等参数；

（3）视点—模型变换

采用对物体位置进行移动的移动变换、对物体进行旋转的旋转变换、对物体进行大小缩放的缩放变换三种几何变换来实现视点—模型变换；

把图元所提供的顶点作为单列矩阵，假设模型视图矩阵M是4*4的矩阵，单列矩阵XYZW]]>与模型视图矩阵相乘就能得到变换后与视觉坐标对应的新坐标XeYeZeWe.]]>如公式（1）所示：

XYZW4×4M=XeYeZeWe---(1)]]>

平移变换：

x′y′z′1=xyz1100001000010TxTyTz1---(2)]]>

其中，变换前点坐标为(x,y,z)，变换后点坐标为(x′,y′,z′)，T_x，T_y，T_z分别表示沿着X、Y、Z三轴变换移动量，在下面的变换中，这些参数的定义不变；

旋转变换：通常旋转可以分为三种，

点绕X轴旋转计算公式：

x′y′z′1=xyz110000cosθcosθ00-sinθcosθ00001---(3)]]>

点绕Y轴旋转计算公式：

x′y′z′1=xyz1cosθ0-sinθ00100-sinθ0cosθ00001---(4)]]>

点绕Z轴旋转计算公式：

x′y′z′1=xyz1cosθsinθ00-sinθcosθ0000100001---(5)]]>

其中，公式中θ为角度单位，它的正负进行如下定义：从旋转轴正方向看过去，以顺时针方向为正角度，以逆时针为负角度；

缩放变换计算公式：

x′y′z′1=xyz1Sx0000Sy0000Sz00001---(6)]]>

其中，S_x、S_y、S_z分别表示三个坐标轴方向上的缩放比例大小；

（4）投影变换

采用透视变换来完成投影变换，其中设透视投影变换矩阵P如公式（7）所示，其中，near为被投影物体在X轴方向上到投影面的最小距离，far为被投影物体在X轴方向上到投影面的最大距离，top为被投影物体在Y轴方向上到投影面的最大距离，bottom为被投影物体在Y轴方向上到投影面的最小距离，right为被投影物体在Z轴方向上到投影面的最小距离，left为被投影物体在Z轴方向上到投影面的最大距离，

P=2*nearright-left0right+leftright-left002*neartop-bottomtop+bottomtop-bottom000near+farnear-far2*far*nearnear-far00-10---(7)]]>

（5）视口变换。