基于OpenGL庫的三維地貌演繹實現(xiàn)

石靖++張素偉

摘要：本文以在給定環(huán)境下的地貌演繹生成為主要研究目標，對.NET環(huán)境下的OpenGL庫開發(fā)三維場景技巧進行闡述，并分析基于OpenGL環(huán)境下的三維地貌演繹的設計思路。通過可靠的數(shù)學模型，將地貌演繹結果表現(xiàn)出來，以此提高地貌演繹的真實性。

關鍵詞：OpenGL，地貌演繹，三維場景，.Net，C#

隨著北斗系統(tǒng)在中國近年來的全面推廣，已經(jīng)逐漸成為對中國境內(nèi)定位導航的新生力量。但是北斗定位系統(tǒng)尚處于起步階段，對中國地形地貌數(shù)據(jù)采集量還較少，不便于對復雜地貌環(huán)境下的地位導航。基于這種現(xiàn)象，北斗系統(tǒng)需要利用少量采集的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，并通過科學有效的數(shù)學模型，對一定時間內(nèi)一定區(qū)域內(nèi)的地貌演繹做出正確預測，并通過可視化的圖形信息表示出來。

一、系統(tǒng)設計

要使得地貌演繹的數(shù)據(jù)真實可靠，并且便于人觀察操作是地貌演繹過程中的主題。所以，通過分析影響演繹的因素，構建合理的地貌演繹數(shù)學模型，使用可視化的圖形信息表示是在進行地貌演繹時亟待研究與解決的重要問題。

（一）系統(tǒng)框架分析

地形地貌的演繹生成過程受到多方面的影響。影響我國地貌發(fā)育的內(nèi)外力因素，主要有地質構造因素、氣候因素、地表組成物質因素、人類活動因素等[1]。在本文中著重討論關于非人為影響下的地貌形成演繹過程，通過對地質構造、氣候、降雨量等因素的控制，給定一段時間進行演繹，得出地貌變化的結果。

在得到地貌結果后，需要通過可視化的形式表現(xiàn)出來，為了使地貌信息的所有細節(jié)都能最大程度的保留以及便于觀察等因素，本文采用了OpenGL庫對構成的圖形進行了表示。OpenGL具有跨平臺等多種優(yōu)點，且相較于Direct并沒有聲音庫等對本文研究結果無用的庫，因此OpenGL更加小巧靈活。

在生成地貌圖形后，為了方便人員對影響地貌信息的因素做調整比較，因此需要一個更人性化的交互設計，因為整個系統(tǒng)運行在Windows操作系統(tǒng)下，因此選用.NET開發(fā)平臺對整個系統(tǒng)進行開發(fā)。.NET具有大量優(yōu)秀的控件，方便設計人性化的交互界面。

（二）系統(tǒng)框架圖

結合設計過程中的其他問題，最后設計的系統(tǒng)框架圖如圖一所示

圖一

二、程序設計

在.NET平臺下最好的編程語言是C#，但是OpenGL并沒有對C#進行接口封裝，因此需要選用其他第三方對OpenGL封裝的API，通過查找比較，最終選擇了SharpGL庫，SharpGL庫將OpenGL封裝為一個控件，并C#寫了所有OpenGL接口，開發(fā)起來較為方便[2]。

在程序中采用了點擊鼠標左鍵并移動鼠標可旋轉生成的地形圖，便于360°觀察整個地形地貌；采用滾動鼠標滾輪縮放地形圖，便于觀察整個地形或觀察細微地貌信息；采用WASD移動地形圖，結合上述兩種交互方式，方便對地形地貌的各個地方進行觀察分析[3]。

在程序中可以對土壤屬性、天氣、降雨量、初始植被量、演繹時間等屬性進行交互操作，通過除演繹時間外的其他屬性控制演繹過程中的影響因子，通過控制演繹時間來生成最終的演繹結果數(shù)據(jù)。

生成的演繹結果數(shù)據(jù)分為兩類，第一類為在該地形形成的湖泊量，第二類為在影響因子的作用下，該地域植被的生長量，通過這兩個量在OpenGL中畫出相對應的湖泊和植被。其中湖泊是畫出一個平行于地平面的一個面，并根據(jù)湖泊量對該平面進行平移，使湖泊面升高或降低；植被的生長是由植被量通過查表選出與之最匹配的紋理貼圖，并將該貼圖貼到地形圖中。

在地形地貌圖中增加了天空盒部分，使整個地形地貌顯得更真實。

四、總結

本文分析研究了.NET環(huán)境下，基于OpenGL庫的三維可視化真實地貌演繹生成算法設計。設置影響因素與演繹時間后，通過科學有效的數(shù)學模型計算出演繹后的數(shù)據(jù)，并通過演繹后的數(shù)據(jù)，結合OpenGL繪制出合理的三維地形地貌圖形。

參考文獻：

[1]王壯志，王巖.中國地貌形成過程[J].西江月，2014，（第8期）.

[2] http：//www.codeproject.com/KB/openGL/sharpgl.aspxendprint