地形DEM的等高程分级色彩渲染

VR_user_happy · 发表于 2014-4-4 09:52:29

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-4-4 10:24 编辑

高程地形DEM场景的分块动态调用

利用四叉树管理地形场景的分块调度，结合PagedLOD实现不同分辨率地形场景的动态载入.

0.使用的原数据文件：
a.地形高程文件srtm_22_04.tif(加工生产对应的1+4+16个地形文件)
b.纹理贴图就是自己准备的随意的色彩图（1+4+16）
c.场景管理组织文件(用于建立4叉树)
d.PageLod 参数设置文件(用于设置LOD,调整视距等)

1.用我的地形工具准备不同分辨率的分块地形（如比例采样，地形分割，异常值校正等），分3级
第0层级，采用粗采样比例地形，地形分为1快,使用红色调的纹理；
第1层级，采用加密的采样比例地形，地形分为4快,使用黄色调的纹理；
第2层级，采用原始精度的比例地形（没有比例采样），地形分为4*4=16快,使用绿色调的纹理；

2.用4叉树对分块地形进行管理

3.用PageLOD加载不同的地形模型

4.实现的不同分级地形随视点距离变化动态载入地形实例如下图所示：
第0级：

第1级：

第2级：

分辨率清晰度依次如下：

VR_user_happy · 发表于 2014-4-8 16:30:42

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-4-8 16:59 编辑

地形分块调度中存在的一些问题和思考：
先看看PagLOD分块调度中，分块地形有与受视点距离的影像，会出现以下一些特征：
1.部分同级的PagedLOD会不同时全部显示（受到分块地形与视点的距离的不同）。这既是优点，也是缺点。优点是可以动态的加载分块的地形，缺点是如果视线范围可能看到的并不是一个层次的地形。

2.在一定的视线角度和距离，由于不同层次的分块都能满足视距的要求，可能会出现在临界点会有不同级的PagedLOD地型的同时出现（混合）。

3.最细分的地形块相接处会有一个像素的空隙。下图中间的边界(全屏看图)有一条模糊的直线，实际3D模型中会有缺失的空隙。

针对第1种现象，我们是否可以通过设置适当的视角约束或是视线距离比例迫使出现这种情况的可能性减小，另外就是加载有地层的模型或是OVERLAY的粗略模型来弥补。同时设置PagedLOD最小过期时间setMinimumExpiryTime（）函数来弥补空缺期。

第2种现象，是在缩放过程中的特定阶段，可以容忍。

第3种现象，补空方法可以使预先加载高一级的像素图层或是范围模型到细分一级PagedLOD，我想这也许是地形调度的一种方法。不知道OsgEarth是否也采用了此种方法。

另外附上3D游戏引擎中的室外大场景渲染技术

3D游戏引擎中的室外大场景渲染技术研究与实现.rar (987.22 KB, 下载次数: 52)

scarets · 发表于 2014-4-14 13:40:26

很不错。。。

VR_user_happy · 发表于 2014-4-17 15:30:35

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-4-17 15:34 编辑

四叉树管理结合pageLOD，实现大场景下高程地形分块区域对应的场景模型的动态调用：
1.根据不同的pageLOD地形，自动识别地形区块内的所包含的模型并加载；
2.同时把加载的模型关联到对应级别的pageLOD下，模型随视点变换，与分块地形一同动态调用不同位置的模型：

位置模型列表文件：

不同区块内的模型随地形一起动态pageLOD调用

pageLOD分块地形的裙边设置：
1.设置地形的裙边的意义：
前面提到过，细分的地形块相接处会有一个像素的空隙的缺陷，为了有效弥补这个缺陷，一种有效的解决方法就是设置地形的裙边。有了一定高度的裙边，就可弥补这种地形衔接出的空隙。

我在我的地形工具中新增加了群高度的设置：这个值一般为正值，就是表明与高程反向的高度设置裙边（向下）！

地形有裙边和没有裙边的区别如下图：

有裙边的地形

没有裙边的地形

在使用VPB地形工具时你会发现细分地形都包含有裙边！
这也许就是为什么弥补细分地形的衔接空隙而采取的一种措施吧！

VR_user_happy · 发表于 2014-4-29 14:01:31

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-4-29 14:12 编辑

图片文件分割
用Gdal 结合OSG实现了对各种类型的图片分割

1.自己制作的图片分割工具（没有使用任何其他辅助工具，如VPB或是Photoshop）

2.图片分割还会包含有投影和地理坐标位置偏移功能
  即如果原始图片有地理信息，分割图片也包含对应的地理信息！

3.可以均分，也可不规则的矩形分割图片
  图片可以是jpg、bmp、png、tif、tga等

  列如：Png

x方向均分

JPG格式：

x方向和Y方向任意行列矩形分割

可以对像素点不同位置经行操作

图片分割为地形的瓦片结构提供有力的支持

VR_user_happy · 发表于 2014-5-8 14:20:08

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-5-8 15:33 编辑

地形金字塔的逐级瓦片生成
自动生成4分的逐级细分的金字塔瓦片，包括模型IVE和图像
1---4---16---64....

1.自己创建的地形瓦片生成工具
a. 没有使用VPB,和任何其他GIS工具
b.osg加GDAL实现MFC32位的Window视图工具
c.不需要给地形纹理图片设置投影坐标（会自动匹配）
d.会自动生成逐级分割的图片和对应的地形
e.地形DEM文件和纹理贴图Image文件类型可以是：
*.jpg,*.bmp,*.png,*.img,*.tif等

2.任意的图片分割工具（GDAL支持的所有图片）

3.地形瓦片金字塔分级地形生成实例
第0级

第1级

第2级

地形分割打包如下：
第0级地形瓦片ive

Trrn_Terrn_test-0_L0.rar (400.42 KB, 下载次数: 3)

VR_user_happy · 发表于 2014-5-14 13:11:38

地形的色彩平截体渲染

自己的地形工具实现地形色彩平截体渲染

地形色彩平截体渲染

没有作色彩平截体渲染，只做裙边的地形比较

使用色彩分级的地形平截体

使用类等高线的地形平截体

地形色彩平截体的渲染，可以很好的观察区域地形，并能够观测地形4周的断面

打包的色彩地形平截体IVE模型（作为例证供参考）

TrrnVolume_srtm_22_04_tif.rar (406.86 KB, 下载次数: 3)

VR_user_happy · 发表于 2014-5-14 14:48:46

纹理贴图体渲染的地形平截体

上面使用了色彩渲染的方式，下面使用纹理贴图的方式对地形平截体做渲染

纹理贴图的地形平截体模型IVE打包如下：

TrrnVolume_srtm_22_04_tif.part01.rar (1000 KB, 下载次数: 1)

VR_user_happy · 发表于 2014-5-16 16:18:09

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-5-16 16:40 编辑

地形等高线

1.在OSG中实现MFC的DEM地形生成等高线SHP文件（*.shp）

可以生成任意给定的等间距地形等高线shp文件，
但间隔越密，生成文件的花费时间就会成指数级的上升，文件也会额外庞大！
如：1024*1024的DEM生成10米等高间距的shp文件就会达到几百MB；
最好先把DEM高程进行---分割或是比例采样！

2.并将此shp文件转化为平面的地形等高线模型IVE
（可以指定任意颜色）
如下图：
生成的间隔为50米的等高距等高线地形图
指定颜色为黄色

3.用3D(非平面方式)表现地形等高线

4.用地形体及类等高线方式表现地形等高线

这种转换对比，可以发现2D的地形与3D的地形相差太悬殊了，OSG的3维表现力可以满足人们更高的要求！

VR_user_happy · 发表于 2014-5-16 16:38:56

地形地层的3维表现

1.利用自建的工具生成三维地形地层体

2.生成独立的不同上下底面的地形，可以采用周边纹理贴图，也可采用颜色来表达地层

3.多层地形的表现

合并的多层地形

独立的多层地形

可以实现对地形、水域及其他类地形体等，三维横断面强力表现

VR_user_happy · 发表于 2014-5-20 09:25:00

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-5-20 10:04 编辑

地形体的纵剖断面图

实现了地形体，但往往我们会应为工作需要要对地形进行剖分，观察地形剖开后的纵剖断面

下面就把实现的任意地形的的纵剖面图展示给大家：

纵剖面可以是任意的方向的纵剖,纵剖面的颜色也可以是任意指定的颜色

地形体1

纵剖面1（为45度斜向）
剖面小幅度提高1后的对比

剖面大幅度提高2后的对比

剖面

纵剖面2（为x:y=2:1斜向）

剖面小幅度提高后的对比

剖面

地形体2

纵剖面为45度斜向

剖面

纵剖面作为一个单独的几何体，当然也可给剖面添加纹理贴图，这里就不再展示了。

tuncaysanli · 发表于 2014-5-21 09:16:43

好东西，不错。

ljszhx · 发表于 2014-5-25 07:38:59

很不错，向楼主学习！

VR_user_happy · 发表于 2014-5-27 14:59:01

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-5-27 15:00 编辑

任意边界形状地形的实现

地形体的表现，通常受分块地形的矩形限制，但作为表现，怎样才能实现地形体的任意边界形状，或是对水体部分的单独处理？
我们可以通过对需要设定的边界做像素级的掩码设定，并做剔除，就可得到任意形状的地形。

任意边界地形体1

任意边界地形体2

生成的有底图的水体地形

打包的任意边界地形

Trrn_srtm_22_04_X0_Y0_X1_Y0_tif.rar (51.7 KB, 下载次数: 2)

osger · 发表于 2014-5-28 17:35:27

强大，楼主厉害

VR_user_happy · 发表于 2014-5-31 11:34:18

地形剖切体

前面实现了地形剖面，那么现在实现地形的剖切体的进行绘制

地形体1

地形体2

整合的剖切体

VR_user_happy · 发表于 2014-6-4 18:11:28

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-6-4 18:13 编辑

地形的任意连续剖面实现

给定平面的投影轨迹点，可以根据这个投影轨迹生成连续的地形剖面

地形轨迹1剖面

剖面提高后与实际地形的对比

地形轨迹2剖面
剖面提高后与实际地形的对比（提高较大）

较小提高的对比

这种地形连续剖面的实现（地形高程考察），为石油、电力管道铺设工程、水利水电开挖工程、铁路和公路建设工程，提供了有力的工具！

VR_user_happy · 发表于 2014-6-6 11:25:35

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-6-6 16:21 编辑

地形的连续剖面的展开

前面实现了地形的任意连续剖面，现在把连续剖面拉展开

1.三维空间的连续剖面地形

2.拉展开的连续剖面地形

3.拉展开的地形剖面与原来的三维连续地形剖面的对比

4.再看另一个与实际地形的对比（连续剖面稍微有提升）

剖面有显著提升

看细节的剖面对比

这种连续剖面的展开，为更好的观察地形剖面，为管线工程等的设计提供有力帮助！

VR_user_happy · 发表于 2014-6-17 17:09:11

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-6-17 17:12 编辑

多幅地形下的任意边界地形实现（如铁路、公路、河流等条带状的区域地形）
在实际应用当中我们有时候会只关注一些条带状的区域地形，那么怎么才能实现呢？如2个城市间轨道线路（铁路、公路）、石油输油管路、河流水域等条带状地形，就需要对大区域的地形分幅处理！
下面就给出对于多幅地形的任意边界地形处理结果！如下图：
1.这是原始4块分幅地形

2.用任意的边界闭合线框定所需要的界定范围内的地形后的界线内分幅地形

3.这是界限外的分幅地形

4.这是界限内地形与原始分幅地形的对比

5.这是界限内地形域界限外地形的综合对比

这种对分幅地形的区域性界线内地形的实现，为许多的线性区域工程（铁路、公里、水利河流等）的地形考察提供了很有力的帮助

VR_user_happy · 发表于 2014-6-18 11:07:14

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-6-20 00:02 编辑

立体三维地形中的水系的渲染

首先如果你要有本地形的区域卫星图片当然就不用以下的步奏了，可以直接用卫片作为纹理贴图，加载到地形表面！
如果没有对应的航拍图片，那么我们就可以用以下方法得到比较逼真的含河流水系的三维立体地形图。

1.用地形工具，生成10M经度的等高线模型IVE

2.用RTT或者屏幕截图得到等高线的平面投影图

3.根据等高线的走势，在PHOTOSHOP中提取出水系并独立成图层（像素要与地形背景图一致）；当然也可以通过图像处理工具，直接剔除蓝色像素的值，保留底图，然后翻转生成对应的水系图

4.地形的区域背景图，可以找一张比较接近本地区的背景图作为底图

5.背景图与水系图叠加，就可得到综合后的水系地形背景图

6.用地形体工具生成3维地形体

7.如果你还想得到更多的效果，当然可以给地形叠加OVERLAY节点或者是图层（如飞行线路、区域地界、特殊标记等），可以制作出更多的特效地形，这里就不做展示了！

用等高分级色彩渲染得到的含地形水系图

用等高分级色彩渲染得到的30米经度的某城镇地形图

有了地形工具，你可以做出任何你想要的地形，当然，如果你的地形背景效果的处理，需要你认真对待！

台湾岛3D地形30米精度

VR_user_happy · 发表于 2014-6-23 13:46:31

等高线地形中，山顶和谷底的提取！

对于提取水系，一个重要的分支就是对谷底和山顶的提取。
下面就一台湾地形为例，用我的地形工具实现对山顶和谷底的提取！
原始台湾地形的文件为：twdtm_aster_30m.lan，先生成对应的等高线，这里使用了300米间隔的等高线

1.提取出的山顶和谷底等高线用蓝色表示

2.提取出的其它非山顶和谷底等高线用黄色表示

3.综合对比山顶和谷底等高线与非其它等高线
整体对比

局部对比

有了对山顶和谷底的提取，就可更好的对水系经行解析和表达

VR_user_happy · 发表于 2014-7-7 17:16:38

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-7-7 17:30 编辑

立体等高线显示（山顶，山要，谷底）！

用osg结合我的地形工具，对高程DEM文件进行处理，得到立体的等高线，如下：

1.立体混合（山顶，山要，谷底）
山顶用：黄色
山腰用蓝色
谷底洼地用红棕色

2.局部的山顶和谷底洼地

立体等高线的山顶及谷底洼地的提取对水系的表达有了更好的解释！

jihuitian11 · 发表于 2014-7-10 17:04:20

首先，顶你个！
但是我下载了你的工具，用dem+图片生成不了ive格式的文件啊

VR_user_happy · 发表于 2014-7-10 23:11:22

jihuitian11 发表于 2014-7-10 17:04
首先，顶你个！
但是我下载了你的工具，用dem+图片生成不了ive格式的文件啊

自己检查插件是否完整！

Lucifer · 发表于 2014-7-24 18:16:21

做的太牛X了 ~

VR_user_happy · 发表于 2014-9-12 12:06:46

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-9-12 12:08 编辑

任意闭合凸边形切割的多层地形体的实现

实现了用任意闭环凸边形对多层地形的切割
1.原始地形

2.切割的多层地形体如下

3.多层地形的颜色和高程厚度可以任意给定

这对地质中的地层和岩体3D表达是个很好的诠释！

VR_user_happy · 发表于 2014-9-14 11:49:10

用改进的谢别德法实现的散乱控制高程点的地形细分网格差值地形
1.先更具控制点找到区域的边界4个点；
2.再对这个区域经行细分网格划分
3.用改进的谢别德法对每个细分网格点做高程差值计算
4.生成高程DEM地形文件
5.加载区域的地形纹理，生成整个地区的细分高程地形
不会出现牛眼现象（用单一的距离线性加权差分很容易出现牛眼线性）

VR_user_happy · 发表于 2014-9-30 08:03:21

本帖最后由 VR_user_happy 于 2014-10-27 15:16 编辑

凹多边形凸分解（自我创新实现--自然凹点裂变法）

将一个凹多边形分解成多个凸多边形，许多方法中，有些会增加多边形的顶点，或是分解比较死板，有些会出现极其狭长的三角等，而且算法耗时较长！

本人提出了自然凹点裂变法实现快速的凹多边形凸分解！

思想大体如下(迭代法实现)：
1.检查多边形是否是凸多边形:是,就停止;否则，继续；

2-a.找到一个居中较近的凹点（有优先顺序），在找到对应拆分的凹点(有优先顺序的策略)，进行拆分尝试;假定2个对应的凹点能拆分出点2个集合，则做以下检查：
是否存在相互包含点：不存在，则拆分出2部分的点(迭代拆分）；否则，回退找次优对应点；不成功则按优先顺序找其它匹配凹点；

2-b.如果只有1个拆分凹点，采取单凹点拆分策略，将多边形拆分成2个多边形；
3. 拆分出来的新的2个多边形，经行进一步的迭代。

实现的效果图

另外用我的自然凹点裂变法应用到凹多边形截取地形以及凹多边形分割多层地形也已经实现！

VR_user_happy · 发表于 2014-9-30 13:29:14

一种任意复杂三维物体外部轮廓的3D重建方法
(如头骨、脑、肠)
基本理论
就如同一个西瓜、足球或是3D地球仪：我们可以使用三维扫描点云来得到特征点，让后通过点来构建三维重建模型的表面网格。这些是比较规则的连续表面体。
但是在实际真实世界，有些是不规则或是有复杂特征的三维物体，以上通过特征点重建连续三维网格的方式可能会有一些出入；而且有些三维物体，没有可能不能通过一次扫描得到连续的全部点云，这就有3D点云重建3D物体的局限性。
新的三维物体重建方法：分解剖分重组法--就如同一个足球表面，就是多块独立的部分重新组合。

1）对于一个简单的三维物体我们可以考虑一个BOX将这个物体限定在内，并且可以从不同的6个面来观察这个物体，对于每个面观察的物体就相当于一个由高低深浅不一的部分3D表面体。换个角度来说，就是这个三维物体，可以通过由6个面观察到的不同深浅不一的3D表面体，组合构成了一个完整的三维物体。也就是说，我们可以通过对这个BOX进行一定规则的切分可以得到不同侧面观察到的整个三维物体的部分三维体。
但从6个面的某一面观察到的有高低深浅的部分三维体表面，恰恰可以用三维地形的概念来描述，换句话来说，一个3D物体，可以有从6个面观察到的不同3D地形对象按照一定的空间架构来组装形成。这些地形进过不同的位姿矩阵组合，就可以重现一个虚拟的三维物体表面。

2）对于狭长弯曲绵延的不规则物体（如人体器官大肠），同样可以拆分出有一定位置关系的连续BOX, 每个BOX都可以构键这个不规则物体一段3D对象；

3）对于这个不规则物体，6个面观察到的物体，一就是连续BOX的不同面的拼合。换种说法，就是分块地形在6个面的连续拼接排布。

4）对于那些不连续的不规则物体表面如（头骨的眼部空洞），就可以用地形在该处没有特定的高程值来解析！（可见我的地形挖空）

这样一个不规则的三维物体表面重建就分解成变成了从6个面划分和拍摄地形的问题！
对于每个面观察到的三维物体外部轮廓，我们可以通过以分块地形DEM高程文件的方式，记录BOX的某个面与三维物体在该观察面高地起伏。

这样一个三维物体外部轮廓重建，就变成了一个处理分块地形(局部)和分块地形组合(整体)的问题！

VR_user_happy · 发表于 2014-10-27 17:29:35

三维多层岩体地形DEM体渲染

通过数据库连接，读取钻孔中的岩层或煤层数据，并对岩层或煤层设定渲染不同颜色。
1.创建的钻孔和钻孔区域地表地形的三维模型如下图：

2.根据钻孔资料岩层的顶面高程创建各个岩层的地面高程DEM地形。
生成任意闭合多边形的地下多层岩层地形体如下图：

3.为了了解地下地形各岩层的分布情况，我们可以实现虚拟剖面，揭示地下岩层的走向和分布；如下图：
剖面：

地形DEM的等高程分级色彩渲染

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