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　136萬(wàn)定生等:基于OSG的水利工程三維可視化系統(tǒng)研究與應(yīng)用第37

卷

2.2版后將其自帶的osgDEM地形程序升級(jí)成了

一個(gè)獨(dú)立的,但與OSG各版本緊密配合的地形系統(tǒng)VPB,該地形系統(tǒng)的特色在于支持更大的地形數(shù)據(jù),可以同時(shí)處理與容納以幾個(gè)星球的數(shù)據(jù)量為單位的海量數(shù)據(jù),并且能通過(guò)OSG的.NET模塊實(shí)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)與Internet上的流暢傳送,從而實(shí)現(xiàn)很多地形處理與研究單位地形數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化的功能需求,VPB系統(tǒng)采用了新的換頁(yè)算法,導(dǎo)致對(duì)內(nèi)存需求與電腦硬件的要求進(jìn)一步下降,使得一臺(tái)幾年前的辦公用電腦都可以瀏覽與觀看海量

圖1　系統(tǒng)整體框架

的地形數(shù)據(jù)。

3.2　場(chǎng)景渲染驅(qū)動(dòng)加速

VPB的建模功能把Grid轉(zhuǎn)化為OSG格式的地形

模型。經(jīng)過(guò)處理的地形模型及紋理等相關(guān)信息永久性存儲(chǔ)在外存設(shè)備。

2)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)層。提供場(chǎng)景渲染及可視化功能。采用面向?qū)ο蟮腛SG開(kāi)源圖形庫(kù),生成實(shí)時(shí)場(chǎng)景,務(wù),。

3)用戶交互層、三維地形漫游及洪水演進(jìn)模擬等功能。在實(shí)時(shí)運(yùn)行階段,系統(tǒng)采用多線程機(jī)制,其中的主線程負(fù)責(zé)三維場(chǎng)景的渲染及漫游等功能。子線程為洪水演進(jìn)模擬線程,采用種子蔓延算法計(jì)算出水體淹沒(méi)區(qū)及水體邊界范圍。

在運(yùn)行時(shí),各層系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作,前一層為后一層的實(shí)現(xiàn)提供服務(wù),構(gòu)成一個(gè)高效、有機(jī)的整體。

,有必要對(duì)場(chǎng)景,在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中。在水利工程三維可視化系統(tǒng),(如樹(shù)木、房屋等),如果將每個(gè)物體放入內(nèi)存,將造成系統(tǒng)資源的極大浪費(fèi)。因此,結(jié)合OSG面向?qū)ο蟮奶匦?采用唯一實(shí)例法,同樣的物體在內(nèi)存中只保存唯一的一份實(shí)例,其他的物體可通過(guò)幾何變換后得到,這樣就可以大大地節(jié)約內(nèi)存空間,提高實(shí)時(shí)渲染速度。

2)細(xì)節(jié)層次LOD技術(shù)。在場(chǎng)景中,距離視點(diǎn)

較遠(yuǎn)的區(qū)域分辨率較低,距離視點(diǎn)較近的區(qū)域分辨率較高,而且隨著視點(diǎn)的改變,場(chǎng)景的變化具有連續(xù)性。如果物體按多個(gè)細(xì)節(jié)層次LOD來(lái)表示,當(dāng)物體僅覆蓋較小區(qū)域時(shí),可以用物體粗略的模型來(lái)繪制,既不影響視覺(jué)效果,又可提高繪制效率。LOD模型生成方法分成兩類:一類是靜態(tài)方法;另

3　實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1　OSG開(kāi)發(fā)包框架和VPB

1)OSG(OpenSceneGraph)開(kāi)發(fā)包框架。包含

了一系列的開(kāi)源圖形庫(kù),

主要為圖形圖像應(yīng)用程序

的開(kāi)發(fā)提供場(chǎng)景管理和圖形渲染優(yōu)化的功能。它使用可移植的ANSIC++以及標(biāo)

一類是動(dòng)態(tài)方法。在靜態(tài)分析方法中,多個(gè)LOD模型預(yù)先生成。在使用VPB建立實(shí)體模型時(shí),可以建立多級(jí)的LOD模型;在動(dòng)態(tài)分析方法中,實(shí)時(shí)刪除頂點(diǎn)與多變形,動(dòng)態(tài)產(chǎn)生實(shí)體簡(jiǎn)化模型。該系統(tǒng)中,筆者采用靜態(tài)方法構(gòu)建LOD模型,根據(jù)觀察者視點(diǎn)的變化為各物體選擇不同的LOD模型,從而提高了渲染速度。

OSG支持LOD技術(shù),其內(nèi)部采用PagedLOD

準(zhǔn)模板庫(kù)(STL)編寫(xiě),并使用OpenGL

圖2　OSG的體系結(jié)構(gòu)

底層渲染API,因而

具備良好的跨平臺(tái)特性。OSG運(yùn)行時(shí)文件由一系列動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(或共享對(duì)象)和可執(zhí)行文件組成,這些鏈接庫(kù)可分為五大類,共同構(gòu)成了OSG的運(yùn)行體系,如圖2所示。

2)VPB(VirtualPlanetBuilder)。OSG自從

分頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)度策略,不一次性將數(shù)據(jù)全部調(diào)入,而是根據(jù)視點(diǎn)需要,實(shí)時(shí)從外存調(diào)入相應(yīng)的數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)大范圍地形的流暢渲染。

3)可見(jiàn)性剔除。由于系統(tǒng)顯示的場(chǎng)景是根據(jù)觀察者的視野確定的,因此只需繪制落在視景中位于觀察體內(nèi)的那部分圖形,對(duì)視景中位于觀察體之

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