关于VRML在山区地形模型建立中的运用研究

魏富盛杨 伟

（重庆交通大学 土木建筑学院，重庆 400074）

关于VRML在山区地形模型建立中的运用研究

魏富盛1杨 伟1

（重庆交通大学 土木建筑学院，重庆 400074）

运用基于网络的三维建模语言VRML，以数字测图的结果为基础，建立虚拟的山区三维地形模型，通过对测区的三维展示、信息查询和车辆行驶仿真模拟，提前找到容易引起安全隐患的节点，为山区公路的设计及修改打下基础。本文得到以下成果:1、基于VRML建立三维地形模型的方法流程2、对生成的地形模型进行后期渲染处理的方法3、将建立的三维地形模型实现与网络的链接和进行虚拟仿真行驶、信息查询的方法。

VRML ； 地形模型 ； 公路设计 ； 虚拟现实 ； 仿真模拟

0 引言

VRML是英文Virtual Reality Modeling Language——虚拟现实建模语言的缩写。它具有开发功能突出，场景真实感强等特点，仿真和渲染的实时性可使浏览者切身感受虚拟三维环境的变化。山区因为其地形的特殊复杂性，历来为公路修筑的一大难点，为克服山区地形复杂，选线难度大这一难点，建立虚拟的三维地形模型并对设计公路提前进行仿真行驶成为最好的解决方法。测绘工程、摄影测量与遥感等技术的快速发展为三维地形模型的建立提供了坐标几何与纹理的数据源。随着 GIS与可视化技术的进一步发展，三维空间信息可视化已经成为GIS的一个重要研究方向，是目前3DGIS的热点研究方向。

1 运用VRML创建三维地形模型的方法流程研究

1.1 建模数据的获取

建立三维地形模型，首先要通过野外实测，直接从地图上或通过摄影遥感测量等技术获取高程数据。然后将测区划分为相应的栅格区域，数据分布在不同栅格的密度是指采样数据的密集程度，与研究区域的地貌类型和地形复杂程度相关。相邻两采样点之间的距离通常称为采样间隔（或采样距离）。如果采样间隔随距离变化，那么就用平均值来代替。

1.2 模型定义

一个通用的VRML文件结构由文件头、原型、造型和脚本和路由四部分组成，其中唯一必须的是VRML文件头，一个VRML文件还包括下列条目：注释、节点域和域值、定义的节点名、使用的节点名。一个VRML模型由几何形体或属性构造来定义它的3D结构，使其具有一个基于材质、地形、地貌和颜色的外观，材料和颜色等又构成它的表面纹理，如土质、石质、沙丘和植被等。在VRML中，这些造型属性、几何结构和外观，都由其相关节点的域值设定。

1.3 造型编组

造型可以被组织在一起来创建更大、更复杂的造型。如树木和山丘造型可以通过Group节点被组织在一起成为森林。我们也可以将多个小屋造型组织在一起创建一个美丽的庄园造型，并且多个庄园造型组合在一起可以组成一个区域环境等。将建立的造型组织在一起的节点称为父节点，组成的造型称为子节点，一个组可以有任意多个子节点，甚至也可以用其他组作为子节点。

1.4 绑定指令和路由

为了使虚拟空间具有动感，方便进行虚拟仿真浏览，构造地形模型时可以包含绑定若干指令。VRML绑定包括：在两个节点间绑定路径或者路由，一旦在两个节点之间创建了一个路由，第一个节点可以顺着路由传递信息给第二个节点。这样的消息称为事件，包含一个值，类似于节点内的域值。典型的事件值包括浮点数、颜色值或三维坐标值。当一个节点接受到一个事件时，它将根据节点的特征，运行节点定义的功能。通过绑定多个节点，可以创建复杂的路线，能够传递事件来使虚拟地形环境充满动感。

2 三维地形模型渲染方法研究

当三维地形模型初步建立好后，还需要通过进一步的渲染和效果设置才具有真实的虚拟仿真效果，后期渲染可以通过材料控制外观，对海拔栅格着色，映射纹理，设置材料的反光性，背景设置等方式进行。

造型的外部特征通过说明材料的相关属性来设定。使用Appearance和Material节点，能控制造型的颜色，发光颜色和透明度。也可以用Material节点设置造型的透明性因子，而用Color节点控制造型的颜色。用Material节点以及它的相关域，可以控制颜色来体现造型的层次，构成闪光造型，模拟塑料、金属以及其他闪光造型等。

采用纹理控制，你可以在一个造型上设置其纹理，并可以扩大、缩小并选择该纹理，也可以在一个造型的表面上多次放置一个纹理图像。例如，可以采用一个小砖块的纹理图像，并不断重复该纹理，就可以形成地形表面。

VRML中的背景特征使可以控制三维模型中天空和地面等的颜色，指定一组全景图像放置在的VRML世界的上下方或四周。从概念上而言，VRML中的天空是一个无限大的球体绕在空间四周。采用Background节点，可以为天空球体指定其他颜色。对于一个简单地天空，可以将整个天空指定为一种颜色。如果要生成更真实、水平着色的效果，可以对天空球体采用梯度着色。

3基于VRML的三维地形建模示例

3.1 节点示例

创建地形模型常用ElevationGrid来为一个区域建立表面。这个节点可以定义地域栅格的X维和Z维，并且为栅格中的每个栅格点建立Y方向的高度。X和Z方向的栅格点的数量可以分别用xDimension和zDimension域建立，其域值指定了栅格行和列之间的空间。height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度。建立海拔栅格的一个方法是，先以一个平坦的栅格作为起始，选择其中若干个栅格点并且改变它的高度，升高其高度就形成了高山的顶峰，或者降低其高度就形成了海洋或峡谷，继续这个过程，就可以创建一个崎岖不平的区域。

3.2 具体模型的建立

运用获取的数字高程模型数据，结合上面介绍的ElevationGrid等节点语法及绑定的相关文件路由，就可以建立三维地形模型；再根据相应的渲染方法对建立的三维地形模型贴上高分辨率影像图，进行相关后期渲染处理，就可形成具体的三维地形模型。

3.3 虚拟仿真浏览

当三维地形模型初步建好后，运用相关节点功能，与将建立好的汽车模型、公路设计模型、三维地形模型等进行链接，使用户置身于真实三维空间的感受，同时仿真和渲染的实时性导致了虚拟场景中人机的可交互性，使浏览者驾车可以在场景中切身感受虚拟环境，对公路线型的舒适性和合理性作出评价，然后按照设计要求对相关设计参数进行调整。

4结 语

本文介绍了将VRML虚拟语言建立三维地形模型的方法步骤，通过提前对山区设计路线进行虚拟仿真行驶，对收集的车辆运行状况等相关数据的分析，从而对山区公路设计的合理性、舒适性、安全性的进行分析，提前找到公路设计中存在的不合理地方并进行调整更改，从而为我国山区公路的建设起到积极的推动作用 。相信随着VRML在虚拟现实中的运用及相关技术的进一步发展完善，VRML语言将更多地运用到山区三维地形模型建立、山区公路设计、公路数字化管理、城市地理信息系统建立中。

[1]宗志方，谭江天 VRML资源手册.北京∶电子工业出版社 1998

[2]孙济洲, 王义豹, 余亚滨 VRML 虚拟现实建模语言[M ]. 天津∶ 天津大学出版社2002

[3]邵剑龙, 叶艳青VRM L虚拟场景中Java编程功能的实现 [J].计算机与应用化学, 2004

[4]蒲浩，宋占峰，郑顺义 道路三维场景的实时动态显示技术[J]．交通运输工程学报，2003

[5]陈涛，魏 朗，袁望方．OpenFlight三维公路模型设计参数的获取[J]．长安大学学报：自然科学版，2009

G322

B

1007-6344（2015）06-0048-01