文/洪 洲1，徐 颖2，张正鹏2( 1． 铁岭市测绘管理办公室，辽宁 铁岭 112000;2． 辽宁工程技术大学 测绘与地理科学学院，辽宁 阜新 123000)

    近年来国际上涌现了许多三维开发平台和系统， 如OpenSceneGraph， Vega， Quest 3D， Skyline 等。它们的出现大大推进了城市三维的发展。但是这些软件普遍有一些不足之处，如无法集成不同的数字地球数据无法满足多方面需求，传输效率低，价格昂贵等等。OpenSceneGraph 作为一个开源的高性能三维图像渲染工具包，以其可扩展，可移植，快速开发的特点很好的克服了这些缺点，从实用的角度上更有意义。

1 OpenSceneGraph 及其组件简介

1.1 OpenSceneGraph

    OpenSceneGraph是一个开源的高性能三维图像渲染工具包，一般用于视觉仿真、游戏、虚拟现实、科学可视化和建模等领域。完全由C++和OpenGL编写而成。采用 OpenSceneGraph 图形引擎克服了传统的 OpenGL 以及 Direct3D 开发周期长、 难度大的缺点，解决了使用 OpenGVS、 Vega 等商业引擎开发成本过高，不利于产品推广的问题， 从实用的角度上更有意义。目前已经有很多成功的基于 OpenSceneGraph 的应用， 如 Delta3D、 3DVRI、 Rem03D、 虚拟地形系统、交通工具仿真系统、景区模拟系统［ 2］ 、 卫星可视化仿真系统[3] 、林地可视化系统[4] 、水利工程三维可视化系统[5］等等， 效果不亚于商业视景渲染软 件[6] 。

1.2 OSGEarth

    OSGEarth 是一个基于 OSG 开发的实时地形模型加载和渲染工具。OSGEarth 使用一个基于 XML的文件格式，被称为 Earth File 的文件来说明数据是怎样加载进 OSG 的。它可以直接从网络上的服务器端读取数据， 并实时地 进 行 处 理 和 显 示。它 支 持WMS，WCS，TMS 等多种地图数据服务器端， 自己则作为一个不断获取和解析数据的客户端， 它还可以和 Google map， Yahoo map， ArcGIS Online 等数字地球服务器建立连接并从中获取所需要的数据。

1.3 VirtualPlanetBuilder

    VirtualPlanetBuilder 是一种地形数据库创作工具，是能够阅读各种地理图象和高程数据并建立小面积地形数据库， 乃至大规模如整个地球的庞大数据库。这些数据库可以上传到互联网， 并能够提供象在线 Google Earth 一样的风格漫游整个地球的数据库，或保持对本地磁盘高速接入等所需的专业飞行模 拟 器。VirtualPlanetBuilder 本 身 是 一 个 基 于openscenegraph 实时图形工具箱， 它可以创建基于openscenegraph 的二进制的最高效率的数据库。

2 三维场景模型的建立

2.1 独立建筑物模型的建立

    在 3Dmax 中构建三维场景中的建筑物等独立模型，关键步骤如下:
    (1) 下载建筑体外观贴图;
    (2) 以 CAD 矢量底图为主， 结合近期航片或卫片影像获得精确完整的建筑模型结构;
    (3) 3DMax 建模， 导入单个封闭的 CAD 矢量底图，通过线条描出矢量图，挤出建筑造型;
    (4) 三维模型生成， 模型生成后进行表面贴图，最后优化压缩模型，将看不到的面全部删除， 减少模型中面和点的数量，简化模型，以提高运行速度;
    (5) 生成单幢． X 模型， 简化后的． max 模型通过PandaDXExporter 插件导出生成． X 模型;
    (6) 数据集成， 将所有导出的单幢． X 模型进行数据集成工作。如图 1 所示。

2.2 DEM 模型建立

    城市精细 DEM 模型可利用免费的 SRTM 数据构建，并在 ArcGIS 下利用“Mosaic To New Raster” 工具完成大场景的栅格 DEM 拼接。

2.3 全球 DEM 模型的建立

    利用 VirtualPlanetBuilder 进行全球 DEM 数据的建立。首先下载 land_shallow_topo_east． tif 数据， 再利用 VirtualPlanetBuilder 中的 osgdem 工具将 tif 转换为 ive 模型如图 2 所示，提高全球 DEM 的浏览效率，VirtualPlanetBuilder 命令行如下:
osgdem － － bluemarble － west – t land_shallow_topo_west． tif － － bluemarble － east － t land_shallow_topo_east． tif － － geocentric － l 12 － o earth． ive － a earth． osga

3 系统设计

    本文提出的大场景三维浏览系统， 是以 VisaulStido 为编译环境、 利用OpenSceneGraph、 OSGEarth、VirtualPlanetBuilder 三维渲染库实现的。

3.1 系统的框架设计

    三维浏览系统采用三层架构，从下至上分别为:数据访问层、 功能支撑层、 表示层，如图 3 所示。

3.2 OpenSceneGraph 与 MFC 交互

    OpenSceneGraph 与 MFC 的具体交互过程， 如图4 所示。

3.3 系统的功能设计

    大场景三维浏览系统旨在提供一个三维大场景的显示平台，在这个平台上我们可以添加，查看． earth模型和其他格式文件并对模型进行基本的放大， 缩小，平移，导航等操作，界面功能模块包括:
    ( 1) File: 包括基本的新建文件， 打开已有文件，打开最近打开的文件，关闭和退出功能。
    ( 2) View: 包括工具栏，放大、 缩小、 平移、 导航等功能。
    ( 3) Add Earth Model: 打开文件夹中的* ． earth文件。
    ( 4) Add OSG 3D Model: 打开 OpenSceneGraph支持的各种格式的文件， 如* ． ive， * ． osg， * ． 3ds，* ． tif 等。

4 系统的实现

4.1 OpenSceneGraph 窗口的初始化

    在 Visual studio 中创建一个工程，其窗口的初始化实现的核心代码为:
void cOSG: : InitOSG( std: : string modelname)
{
    m_ModelName = modelname;
    InitManipulators( ) ;
    InitSceneGraph( ) ;
    InitCameraConfig( ) ;
}

4.2 模型加载功能的实现

    以加载 earth 模型为例，核心代码如下:
CMFC_OSG_MDIApp: : OnOSG3DEarthModel( )
{
CFileDialog OSG3DEarthModelDlg( TRUE，" OSG EarthModel Files ( * ． earth) " ，
NULL， OFN _ FILEMUSTEXIST | OFN _ NOCHANGEDIR，_T( " EarthModel Files ( * ． earth) |* ． earth; ) | | " )，NULL) ;
OSG3DEarthModelDlg． m _ ofn． lpstrTitle = " 打开OSGEarth 模型文件" ;
if( OSG3DEarthModelDlg． DoModal( ) ! = IDOK)
return;
CString strFileName = OSG3DEarthModelDlg．GetPathName( ) ;
osgViewer: : Viewer viewer;
viewer． setSceneData( osgDB: : readNodeFile( strFileName． GetBuffer( ) ) ) ;
viewer． run( ) ;
}

4.3 系统浏览功能的实现

    放大、 缩小、 平移等功能的实现主要是调用了OpenSceneGraph 中的 MatrixTransform 命令， 其核心代码如下:
osg: : ref _ ptr ＜ osg: : MatrixTransform ＞ trans =new osg: : MatrixTransform( ) ;

4.4 系统漫游功能的实现

    OpenSceneGraph 中是利用 TravelManipulator 实现漫游的，漫游场景的演示如图 5 所示。把漫游器添加到场景中的核心代码如下:
TravelManipulator* TravelManipulator: : TravelToScence( osg: : ref_ptr ＜ osgViewer: : Viewer ＞ viewer)
{
TravelManipulator* camera = new TravelManipulator;
viewer － ＞ setCameraManipulator( camera) ;
camera － ＞ m_pHostViewer = viewer;
return camera;
}

4.5 系统演示

    本文实现了三维场景的模型加载、 浏览、 漫游等功能，系统演示效果见图 6、 图 7、 图 8、 图 9 所示。

5 总结

    本文研究了基于 VS 和 OpenSceneGraph 的大场景三维浏览系统的设计与实现。给出了大场景三维建模的方法和流程，包括三维建筑物模型的建立、 全球 DEM 模型的建立、 区域精细模型的建立， 最后利用 OSGEarth、 VirtualPlanetBuilder、OpenScenGraph 等工具实现了大场景中三维模型的整合和优化。在Visual Stido 和 OpenSceneGraph 开源库基础上设计了大场景三维浏览系统，实现了模型加载、 快速三维浏览、 漫游等功能。三维场景的查询和分析功能有待进一步的完善。
参考文献:
［ 1］ 孙艳英． 三维场景建模及其实时渲染方法［ D］ ． 武汉:武汉理工大学，2004．
［ 2］ 包富华． 基于 OSG 的西安市景区虚拟旅游系统设计与开发［ J］ ． 咸阳师范学院学报，2012，3: 68 － 71．
［ 3］ 刘宏才． 基于 OSG 的卫星可视化仿真系统研究［ J］ ． 硅谷，2011，20: 55．
［ 4］ 黄友良， 淮永建， 于鹏， 等． 基于 OSG 的林地可视化系统研究［ J］ ． 系统仿真学报， 2008， 9 ( S1) : 352 － 354，358．
［ 5］ 万定生， 徐亮． 基于 OSG 的水利工程三维可视化系统研究与应用［ J］ ． 计算机与数字工程， 2009 ( 4) : 135 －137，150．
［ 6］ 王金宏． 基于 OSGEarth 的虚拟校园场景建模研究［ J］ ．世界地理信息，2011( 2) : 65 － 71．
［ 7］ 徐青． 地形三维可视化技术［ M］ ． 北京: 测绘出版社，2000．
［ 8］ 刘宇，王永生， 孙庆辉． 数字城市地理空间信息公共平台的设计［ J］ ． 测绘科学技术学报，2006，23( 5) : 359 －362．
［ 9］ 李新放，刘海行， 等． 基于 OpenSceneGraph 的海洋环境三维可视化系统研究［ J］ ． 海洋科学，2012( 1) : 54 － 58．
［ 10］ 万剑华， 朱长贵． 3DGIS 中空间对象的几何表示［ J］ ．矿山测量，2001( 20) : 16 － 19．
作者简介: 洪洲( 1983 － ) ， 男， 汉族， 辽宁铁岭人， 硕士， 高级工程师，主要从事测绘业务研究工作。