基于vrml的航道虚拟场景的建立

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1、第33卷第2期河海大学学报（自然科学版）VOI.33NO.22005年3月JOurnaIOfHOhaiUniversity（NaturaISciences）Mar.2005基于VRML的航道虚拟场景的建立殷佩生，魏玲（河海大学交通学院、海洋学院，江苏南京210098）摘要：通过建立航道虚拟场景，把ArcinfO，VRML技术以及脚本程序相结合，利用ArcinfO进行地形样点数据的预处理并实现地形面的三维建模，得到虚拟场景的对象；用VRML添加光源、背景、材质等场景信息对场景进行渲染；用Script节点设定对象的行为，增强VRML的动

2、画与交互功能，可以较快地实现从离散地形数据到虚拟航道场景的浏览.关键词：航道虚拟场景；地形建模；VRML；JavaScript中图分类号：TP311.134.3文献标识码：A文章编号：1000!1980（2005）02!0212!04虚拟现实系统强大的三维造型、交互性及动画功能引起了诸多领域的关注，给参与者提供了一个身临其境、具有完善交互能力的虚拟场景，因此其应用前景非常广阔.在水利工程设计和建设中，三维可视化模型和场景的应用正逐渐成为分析研究水工结构物、地形、地貌、水流流场等的重要手段.在航道设计整治工作中，现代测量GPS技术的应

3、用，提高了航道整治设计的数据化技术，因此将GPS的地形数据化技术和三维可视化技术相结合，通过虚拟场景再现地形的实景和航道及整治建筑物布置，将有助于航道整治设计技术水平的提高.本文把ArcinfO和VRML技术相结合，用ArcinfO构建虚拟场景对象，用VRML及脚本创建虚拟场景、动画和交互，从而可以快速构建包括设计航道区域地形、设计航道线以及航道辅助设施布局的三维虚拟场景.1建立航道虚拟场景的基本思路虚拟航道场景的建立，需要解决地形建模和场景生成两个方面的问题.［1］，包括了3D设计中的大多数常用功能，通VRML是一种三维造型和虚拟

4、场景渲染的图形描述性语言过VRML可以建立丰富的三维场景.但是在VRML中建模缺乏支持数学描述的能力，造型和动画都有一定的随意性，固有节点和数据结构也不适用于构建三维地形.对于地形等复杂的三维造型，一般可通过AutOCAD，3DMAX等专用建模软件建立模型，然后在VRML中进行交互功能设计及场景渲染.ArcinfO是一个使用广泛的地形建模系统，把ArcinfO的建模技术与VRML语言的场景设计技术结合，开发航道的场景浏览对象和环境，可以比较好地体现地形面的三维实景.根据ArcinfO系统和VRML语言的开发特点，航道三维虚拟场景的开

5、发思路，可以按图1所示流程进行.2地形面的三维建模方法2.1地形面建模算法由GPS得到的水下地形描述一般都可以转换为文本图1航道三维虚拟场景开发思路形式存储的数据文件，每个地形样点数据包括点的位置Fig.1Flowchartof3!DVirtualchannelscene坐标（!，"）及其高程值（#）.若采用相关的CAD建模技术处理，通常以点、线、面等关联信息存储.ESRi开发的ArcinfO是基于数据库的GiS，在地形建模的技术上有较大改进，将高程（#）作为属性数据，将几何数据与属性数据相结合，建立矢量数据的拓扑关系，从而提高了空

6、间信息的表达能力和数据的处理能力［2］.收稿日期：2004!02!25作者简介：殷佩生（1955—），男，江苏昆山人，副教授，主要从事工程CAD、工程及计算机图学等研究.第2期殷佩生，等基于VRML的航道虚拟场景的建立213在三维地形可视化技术中，基于等高线生成高度场是表示地貌最流行的方法之一.该算法由地形数据生成不同高程的平滑闭合等高线，从而构建地形三维模型.为了达到场景的真实感和最佳浏览效果，可以调整等高线的生成密度，以有利于兼顾地形模拟的真实感和浏览速度.2.2地形数据处理方法依据离散地形样点数据构建三维地形模型之前，一般需要

7、对已有的离散地形数据点进行内插和格网化，以补充样点数量和密度上的不足，并调整其分布位置，特殊情况下还需要进行剔除坏点的处理.内插和格网化的数值插值方法很多，克里格金（Kriging）法是一种适用于许多领域的数值插值方法［2］，其算法分为两步：第一步，对空间数据进行结构分析，在充分了解场的性质的前提下，提出变差函数模型；第二步，在该模型的基础上进行克里格金计算.航道地形涉及的区域较大，而且局部表现要求较高，但数据样点应主要表现主航道区、船舶掉头区和锚地等区域.地形数据的内插和格网化可以针对性地处理，以有效减少数据量和提高模型生成速度.

8、2.3地形面三维模型的生成不规则三角网模型（TriangularIrregularNet简称TIN）是常用的自由曲面描述方法［3］.按最佳三角形条件构建的三角网几何模型的显示速度仅与三角形的数量有关，与其大小无关，所以在地形数据量不是