基于OpenGL的地形与单株林木的三维可视化研究

摘要

随着GIS在各个领域的技术创新和发展，以其为核心的决策和管理平台在林业生产应用中也开始发挥起越来越重要的作用。从以往的研究中不难看出，数字林相一直是表现森林资源信息的主要手段，而相对于二维的数字林相，虚拟林相作为GIS、三维可视化与计算机图形学结合的产物，更为直观、生动地表达了研究区域的空间信息及属性信息，提供了人机交互的平台，并且通过算法的逐步简化和改进，可以更加高效地把握全局。
　　本论文将从实用角度出发，以帽儿山实验林场为例，结合计算机图形学有关原理，以VC++6.0为基础开发平台，结合OpenGL三维图形软件接口，建立起一个展示三维场景的程序框架，利用四叉树算法及LOD细节层次模型，将整个地形作为父节点逐级细分，以投影大小和聚焦度λS*cosa给出简化地形的评价标准，实现帽儿山林场地区的三维地形显示，对三维场景进行渲染和显示上的优化，对地形进行漫游和环境设置。
　　在虚拟林相的绘制中，本文以分形理论作为三维树木模型的创建基础，通过对多种实现方法的研究确定了以随机迭代函数系统(IFSP)为主要算法的分形树绘制，文中选用单轴分枝与轮生模式作为树木的分枝模式与叶序模式，并以此为依据在地形加载树木模型，程序为树木施加真实的叶片与树干纹理，使得模型可较好地模拟北方树种的一般形态，也让虚拟林相在三维显示上的更加丰富和生动。
　　在实际生产中，虚拟林相作为一种全新技术方式，在森林资源管理、造林优化等方面有着广阔的前景和应用。这种林业上三维展示与分析的手段，为林业生产和决策提供了直观和有力的依据。而虚拟林相中以分形模拟树木形态的方式，也大大提高了系统的工作效率，在程序中，分形树形态较强的可控制性使得虚拟林相大场景可以随着实际中不同的自然情况作出快速的更新与修改，增强了三维场景的灵活性与交互性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 虚拟林相概述

1．3 研究目的和意义

1．4 研究主要内容

1．5 分形理论的研究概况

1．6 虚拟现实技术的发展经历

1．7 森林资源可视化的发展和存在问题

2 地形可视化系统的建立

2．1 相关软件及技术的准备

2．1．1 可视化技术

2．1．2 OpenGL

2．1．3 Global Mapper

2．2 可视化系统的建立及准备工作

2．2．1 建立工程

2．2．2 ADO方法访问access数据库

本章小结

3 三维地形的绘制与显示

3．1 坐标变换

3．1．1 数据来源

3．1．2 坐标变换及格式转化

3．2 四叉树算法与地形简化

3．2．1 四叉树地形分割

3．2．2 地形简化方案

3．3 地形建模

3．4 法向量计算

本章小结

4 环境设置与优化

4．1 场景绘制

4．1．1 场景绘制的一般过程

4．1．2 光源设置

4．1．3 材质和纹理的设置

4．2 雾模式处理

4．3 全局漫游

本章小结

5 树木模型的创建与加载

5．1 分形树实现的原理与方法

5．1．1 基本原理

5．1．2 迭代函数系统法

5．1．3 三维随机迭代的主要算法

5．1．4 比例系数与旋转变换系数的确定

5．2 分形树的绘制

5．2．1 树干与树叶的绘制

5．2．2 整体树木的迭代绘制

5．2．3 树木纹理的实现

本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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