数字地球平台Earth Exhibiter-国防科技大学

EarthExhibiter数字地球平台综述1概述开发了一个数字地球平台－EarthExhibiter。EarthExhibiter在WindowsXP操作系统下，基于VirtualPlanetBuilder（VPB）和OpenSceneGraph-2.9.5（OSG），采用VisualC++2005开发。VPB和OSG可以从http://www.openscenegraph.org下载，它们都是开源的。EarthExhibiter旨在提供一个数字地球平台框架，在此框架下，可以根据实际应用需求进行各种与三维虚拟环境相关的二次开发。2平台功能作为基础平台框架，为了支撑与三维虚拟环境相关的二次开发，EarthExhibiter实现了以下主要功能：z实现了数字地球卫星影像、数字高程等基础地理数据的集成和可视化，构建了一个全球三维虚拟数字化环境。z提供了方便友好的交互接口，用户能够方便地多角度、多方位观察，在全球范围虚拟环境中自由漫游，并实现了不同细节层次之间的平滑过渡。z实现了三维模型的导入和表现，并能方便地对模型姿态、大小等进行调整，支持flt、3ds等格式。z实现了星空、大气、雾效、日照等多种自然环境元素和现象的可视化，增强了数字地球的逼真效果。z提供了场景图像、视频输出保存。z提供了指北针、鹰眼视图等工具。3平台结构EarthExhibiter平台由五个模块组成，其基本结构如图1所示。图1EarthExhibiter平台的基本结构EarthExhibiter平台在用户进行应用程序二次开发过程中的作用和地位如图2所示。影像数据基础地理数据管理模块应用程序高程数据模型数据其他数据三维模型数据管理模块自然环境元素管理模块实用工具集模块用户交互响应模块EarthExhibiter平台2009年9月＠中国科学院软件研究所http://cscup.iscas.ac.cn图2EarthExhibiter平台对应用程序开发的支撑作用EarthExhibiter主要包含下列类，它们的层次结构如图3所示。其中，蓝色箭头表示调用关系，指向被调用类；绿色箭头表示继承关系，指向派生类。绿色字体表示OSG自带类，红色字体表示我们设计的核心类，黑色字体表示我们设计的常用类，蓝色字体表示独立的辅助类。图3EarthExhibiter的类层次结构4技术难点为了支撑大规模、高精度虚拟环境仿真，EarthExhibiter解决了以下技术难点：z海量数据实时调度技术。以1m分辨率的IKONOS卫星影像为例，覆盖全球的IKONOS影像数据量达到了1500TB，而对于分辨率更高的QUICKBIRD卫星影像来说，数据量就更大了。z大规模场景绘制技术。EarthExhibiter面向的是全球虚拟环境的仿真，场景规模大，元素众多，通过场景图、LOD、视景裁剪等技术，对大规模场景进行有效管理和绘制。z多分辨率地理数据无缝拼接技术。对于不同分辨率的地理数据，特别是高程数据，通过对其无缝拼接，实现不同分辨率数据之间的无级平滑过渡。z高精度坐标转换技术。将地球近似为一个椭球体，与将地球近似为球体的传统方法相比，具有更Windows操作系统硬件驱动应用程序硬件驱动硬件驱动硬件驱动EarthExhibiter平台2009年9月＠中国科学院软件研究所http://cscup.iscas.ac.cn高的精度，更能满足某些仿真系统的需求。5作品创意作品主要的创新点和创意包括：z从实用的角度出发，提供了一个数字地球平台框架，在此框架下，可以根据实际应用需求进行各种与三维虚拟环境相关的二次开发。z将地球近似为椭球体，与将地球近似为球体的传统方法相比，提高了仿真的精度，使数字地球更接近于真实的地球。z在全球框架下对卫星影像、数字高程等基础地理数据进行集成和可视化，对全球地理环境进行多尺度、多粒度、三维直观表现。通过友好的交互接口，用户能够很方便地实现在虚拟环境中无缝漫游。z为了支撑面向实际应用的二次开发，实现了多种格式三维模型的导入、多种自然环境元素和现象的仿真，同时提供了场景图像、视频输出保存、指北针、鹰眼视图等功能和工具。6实例验证为了证明EarthExhibiter的实用性和易用性，我们基于EarthExhibiter开发了一个“战场环境可视化系统”。该系统实现了多种战场环境元素的可视化，构建一个虚拟战场环境，直观表现各作战实体以及它们之间的相互对抗关系。该系统的运行界面如图4所示：a系统启动界面2009年9月＠中国科学院软件研究所http://cscup.iscas.ac.cnb系统主界面图4系统运行界面该系统对地理环境的表现效果如图5所示：a数字高程2009年9月＠中国科学院软件研究所http://cscup.iscas.ac.cnb高分辨率卫星影像c城市建筑图5地理环境表现系统对作战实体的表现效果如图6所示：2009年9月＠中国科学院软件研究所http://cscup.iscas.ac.cna战斗机b雷达2009年9月＠中国科学院软件研究所http://cscup.iscas.ac.cnc卫星d导弹图6战场实体表现2009年9月＠中国科学院软件研究所http://cscup.iscas.ac.cn