三维虚拟景观图的制作原理与应用

　　王勤珍 (昆明市勘察测绘研究院，云南昆明 650051)

　　摘 要：本文主要阐述了虚拟景观图的制作原理，以遥感影像为例，重点阐述了基于ERDAS的景观图的制作方法。并介绍了虚拟景观图在城市规划、管理以及在其他领域中的应用。关键词：三维虚拟景观图虚拟现实地理信息系统数学高程模型辐射纠正几何纠正空间投影虚拟城市数字城市

　　关键词：三维虚拟景观图 虚拟现实 地理信息系统 数学高程模型 辐射纠正 几何纠正 空间投影 虚拟城市 数字城市 Research on Principle and Making of Landscape Visualization WANG -Qin-zhen (KUNMING SURVEYING AND MAPPING INSTITUTE; Kunming, Yunnan , 650051) Abstract: This article researches on the Landscape Visualization, the Principle of Landscape Visualization is discussed in this paper. And expatiates on the method of Making Landscape Visualization based on Earth Resources Data Analysis System(ERDAS).The applications of it in different fields especially in construction of Digital City and Virtual City are introduced too in this paper. Keywords: Landscape Visualization Virtual Realize GIS DEM Radiation Correction Geometric Correction Spatial Projection Virtual City Digital City

　　引 言：随着信息技术的发展，数字技术和网络技术已经给社会生活的各个方面带来了深刻的变化，信息技术立足面问对象进行智能化虚拟现实计算，对地球现象进行三维描述和多媒体显示，以人们较为熟悉的方式帮助人类更好的认识世界，改造世界。而虚拟景观图的出现就是为了更好的帮助人们更容易、更直观的认识世界、改造世界。

　　1 景观图的制作原理真实景观图：真实景观图的制作原理，和模拟景观图相似，即在DEM透视图的基础上，对每一像素赋予一灰度值(或彩色)，而且是取自对实地所摄影像的真实灰度值。若集合A表示某区域M上各点三维坐标向量的集合 A={(X，Y，Z)|(X，Y，Z)　 M｝集合B为二维影像各像素坐标与其灰度的集合 B={(x，y，z)|(x，y) m｝其中血为与M对应的影像区域，则制作景观图实际就是一个从集合A到集合 B的映射。(X，Y，Z)与(x，y)及视点S满足共线条件。其原理与航空摄影完全相同，所不同的是航空摄影接近于正直摄影，而景观图则是特大倾角""摄影""(将地面点投射到二维影像上)，式中的g为像点(x，y)对应的灰度值，它可以是航空(航天)影像中相应像素的灰度值，也可以是根据地形及虚拟光源模拟出的值。模拟灰度景观图：在DEM透视图经过隐藏线、面的消隐处理之后，再用明暗度公式计算和显示可视面的亮度或颜色，其真实感又进一步提高。真实景观图：真实景观图的制作原理，和模拟景观图相似，即在DEM透视图的基础上，对每一像素赋予一灰度值(或彩色)，而且是取自对实地所摄影像的真实灰度值。

　　2 基于ERDAS的三维虚拟景观图的制作方法 (以遥感影像为例)

　　2.1三维数据的采集有多种方法，最常用的就是：即用地理信息系统(GIS)或用数字摄影测量工作站(JX4/VIRTUOZO)采集三维数据。采集情况如下所示： (以JX4为例)

　　2.2在ERDAS(遥感图象处理系统)环境下用三维数据生成地形模型即数宇高程模型DEM文件。如下图所示：

　　2.3原始影像的预处理这一过程包含影象的亮度、色调等的调整。

　　2.4遥感影像的纠正包括两步：a.几何纠正，b.辐射纠正。由于遥感传感器、遥感平台与地球本身等方面的原因，在遥感成像时往往会引起难以避免的几何变形，而几何纠正就是要校正成像过程中造成的各种几何畸变。而辐射纠正主要校正由于传感器灵敏特性变化而引起的辐射失真。

　　2.5建立遥感图像的投影信息由于空间投影是最适合卫星遥感制图的数学基础，遥感图像成像的过程中就适宜用空间投影来描述。遥感图像与相应的空司投影之间存在着严格的依赖关系。下面就以数值法为例说明：(m,n)像素坐标与空司投影坐标(x,y)之间可采用逼近函数关系来描述： x=f1(m,n)=a0+a1m+a2n+a3m2+a4mn+a5n2 (1) y=f1(m,n)=b0+b1m+b2n+b3m2+b4mn+b5n2 (2) 选取适当的控制点(GCP)就能确定二式系数。利用上式对整幅影像进行变换后，图像中的像点就统一到了空间投影坐标系中，从而建立了遥感图像的数学基础。

　　2.6根据地理参考坐标的纹理映射方式将纹理贴到DEM上如下图所示：

　　2.7编辑虚拟景观图：即调整视角、光源、垂直拉伸参数等。

　　2.8在虚拟景观图上可叠加多种属性数据，诸如矢童层，洪水层，模拟雾气层，空间模型层等进行多种专题分析，如洪水淹没分析，大雾天气分析等。下图所示为虚拟景观图与线划图的套合：

　　2.9三维虚拟景观图的整饰。

　　3 三维虚拟景观图的应用随着城市信息化的加快，建立在城市信息化平台上的虚拟银行、虚拟商务、虚拟学校、虚拟医院等的涌现为虚拟城市建设和发展提供了很好的参与和借鉴。虚拟景观图能够将整个城市每个角落的信息搜集、整理、归纳、并按照地理坐标建立完整的信息模型，再用网络连接起来，从而使得每个人都能快速、完整、形象、直观的的了解城市现状和未来的宏观和微观的各种情况。通过虚拟景观图能便城市地理、资源、环境、生态等复杂的现象可视化、虚拟化、形象化、从而使得城市的规划具有更高的效率、更丰富的表现形式，更多的信息量，并提高城市建设的实效性、城市管理的有效性、促进城市的可持续发展。除了城市规划外三维虚拟景观的应用领域还包括：矿产资源勘探、林业、农业、土地资源调查评估与管理、自然灾害动态监测、测绘、环保、铁路交通、旅游 、大规模的管道工程设计、沙漠治理、工程建设、气象预报等广泛的应用领域。

　　4 结束语随着数字城市建设的推进，以“一湖四环，一湖四片”为核心的新昆明建设的开展，三维虚拟景观图的出现，无疑能更好的为规划部门的规划工作提供直观、形象、信息更丰富的规划依据，为政府的决策支持提供高效、便捷、表现形式多样化的决策依据。随着传感器技术和计算机技术的发展以及高空间分辨率的提高，虚拟景观图的应用会越发广泛、实用。

　　参考文献：

　　1. 党安荣　王晓栋　陈晓锋　张建宝等　ERDASIMAGO　呢遥感图像处理方法清华大学出版社　2003.

　　2. 刘晓艳　林挥　张宏等　虚拟城市建设原理与方法　科学出版社　2003.

　　3. 章孝灿　黄智才　赵元洪　遥感数字图像处理　浙江大学出版社　2003.

　　4. 任留成　空间投影理论及其在遥感中的应用　科学出版社　2003.