[发明专利]一种三维地理信息系统全球真实云层的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维地理信息系统图形仿真技术领域，尤其涉及一种三维地理信息系统全球真实云层的仿真方法。

背景技术

在三维地理信息系统图形仿真技术上，在地球这样大的空间尺度的三维场景中实时渲染符合真实云层分布的体积云，存在着存储量大，运行效率低的问题。真实云层分布的最简单直接的数据来源就是实时云图。而实时云图在二维中一般以平面图像的方式展现，在三维地球仿真中，一般将云图卷曲包围在地球表面，也是以图像的方式展现，缺乏立体感，真实感。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种运行效率高和图像效果逼真等特点的三维地理信息系统全球真实云层的仿真方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种三维地理信息系统全球真实云层的仿真方法，包括以下步骤：

1)解析云图，将云图卷曲显示在地球大气层高度，并生成云图缓存；

2)构建四叉树结构的全球体积云瓦块；

3)根据相机或视角的高度不同，调度体积云瓦块；

4)通过在云图缓存中采样生成瓦块中的云朵；

5)通过使用连续多张全球云图，让全球云层效果随时间变化；

6)通过相机位置、云层高度和体积云瓦块中心点位置实时调整云层的透明度。

进一步地，步骤1)包括，将.png格式的WGS84投影的云图读入内存，作为纹理贴在三维球体表面，形成一层半透明的球壳套在数字地球球壳外层；同时从云图图像数据中提取出每个像素的灰度和透明度，以灰度8位和透明度8位的格式缓存到内存中，以供生成真实体积云使用。

进一步地，步骤2)包括，以经度范围(-180，180)、纬度范围(-90,90)作为体积云四叉树的根节点范围，以根节点经纬度范围为基础，采用二分法获得下一级别的四叉树节点范围，总共生成若干个级别的体积云瓦块。

进一步地，步骤3)包括，根据相机或视角的高度不同，选取不同级别不同区块的体积云进行显示，离相机近的地方显示高级别的瓦块，离相机远的地方显示低级别的瓦块，从而达到显示效果和显示效率的平衡，是否需要显示更高一级瓦块的计算方法；计算瓦块投影到三维渲染窗口的投影面积，当投影面积大于一定数值时，则切换到下一级瓦块。

进一步地，步骤4)包括，当某个瓦块显示出来时，在瓦块中均匀选取若干个点，分别计算这些点的经纬度，然后将这个经纬度换算为实时云图图像的像素坐标(通过在WGS84投影的云图像素坐标上进行线性映射)，根据像素坐标从云图图像缓存中获取灰度和透明度值来生成体积云云朵，体积云云朵是通过将云朵图片显示在一个始终面向观察者的正方形上进行显示的，每个云朵在的高度是一个在云层高度附近的随机值，每个云朵图片的旋转角度也是随机的。

进一步地，当瓦块中心点从云图图像缓存中获取的透明度值小于0.5时，则整个瓦块都不生成体积云云朵，当连续两个点获取到的透明度值都大于0.7时才生成一个体积云云朵。

进一步地，步骤5)包括，生成的两张全球实时云图也共同作为真三维体积云的数据来源，即生成体积云瓦块中的云朵时，同时从两张云图中进行采样，根据当前时间到前后两张云图的时间差，进行线性融合计算。

进一步地，步骤6)的调整方法是通过相机位置、云层高度和体积云瓦块中心点位置这几个参数，对每个云朵的透明度进行修正。

本发明具有以下有益效果：

1、全球实时云图作为三维地理信息系统全球尺度三维体积云仿真的基础数据来源，具有数据来源简单、数据量小的特点；

2、全球实时云图和真三维体积云融合显示，全球视角下，只显示云图，当虚拟相机接近云层时，真三维体积云逐渐显现出来，根据不同的相机视角展示不同细节层次的云层效果，具有连续性，清晰，高效，逼真的特点；

3、根据不同的空间时间，可以连续运用不同的实时云来构建不同的三维全球体积云，运用在大型地理信息系统EARTH View Image的三维地球界面上，真正仿真了全球不同时间的云层飘动变化；

4、使用全球实时云图仿真三维全球体积云的方法计算效率高，存储信息量小，实现了高效仿真的目的。

附图说明

图1为本发明实现过程的流程图；

图2为本发明的云图示意图；

图3为本发明的体积云瓦块四叉树；

图4为本发明云图覆盖在地球外的效果图；

图5为本发明近距离观察的云图；

图6为本发明云图变成体积云的效果图；

图7为本发明相机进入云层的效果图；