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地景数据库解决方案

日期:2017/1/5

  如身临其境般地漫游“真实地理环境”,是一个综合性课题,需要图形图像学与地理学紧密结合。地理学给出一个地域的真实地学描述,通过一定格式、具有一定精度的数据反映出来;图形图像学将这些数据重新组织,利用图形硬件、软件技术,将地学描述数据在计算机平台上加以动态还原,完成漫游“真实地理环境”。这是两个学科不断发展而形成的结合点之一。近几年,图形图像学中支持大地形生成、海量纹理调度的相关技术迅速发展并趋于成熟,计算机处理能力大幅度提高,使得构建“真实地理环境”的视景有了技术保障。基础地理信息数据的数字化和卫星遥感系统的发展,也为此提供了数据支持。

 

相关技术

  卫星遥感系统及其它基础地理信息

  纹理压缩技术

  LOD技术

  页面调度技术

 

应用领域

  如今大地景数据库应用范围越来越广泛,为用户提供了更加直观,更加逼真的三维场景。与此同时,根据用户需求在此基础上的相关应用行业也逐渐成熟起来,可以分为一下三方面:

  

 

开发流程

  “真实地理环境”开发是通过构建虚拟场景来模拟真实世界,并通过对虚拟场景的交互控制,来模拟观察和浏览真实世界。我们在进行三维视景数据库开发时,需要使用到图形编辑工具、三维建模工具以及三维数据库制作工具根据采集到的数字高程数据,加贴纹理,映射文化特征,加载三维模型构建成一个完整的视景数据库,其开发流程简介如下:

  

 

  从上图中可以看出,数据库的开发流程主要包括:数据库需求分析,原始数据采集,顶层设计,数据库开发,数据库测试,数据库交付等等几个重要步骤,下面我们将详细介绍这些步骤以及工作内容。

 

数据库需求分析:

  首先,也是一切工作的起点,就是用户提供数据库需求,在这个阶段,需要进行数据库需求评估,确定需求的正确性和可行性,用户和数据库工程师需要会面,双方就数据库构建方面的需求进行交流,以确保双方对数据库构建需求的理解是一致的。一般情况下用户需要向数据库构建工程师提供工作内容申明和详细介绍,此外,数据库构建工程师还可以通过其他方面来获得一些需求信息,比如:模拟器训练主题相关的专业人士(飞行员)等。

  在数据库创建工程师确定了数据库开发需求之后,需要及时与用户进行反馈,以及需求确认,以保证没有任何理解上的不一致,同时,组建数据库工作组,方便用户对数据库进展进行评价并及时给予用户进度反馈。

 

顶层设计:

  一切的设计工作都将以之前确定的用户需求作为出发点,以确定最终结果能够达到用户所提出的需求。在设计阶段,我们将根据用户的模拟器训练任务来确定地形的各方面性质,例如:地形精细度的高低,关键区域的位置和要求,数据库的相关性和互用性需求,可视距离,大气情况等等。

  此外,针对不同的用户,会对数据库有一些特殊的要求,例如:地景数据库所在位置,经纬度信息,数据库起始点,以及所覆盖的范围,数据库的季节性信息,一切特殊的机场模型,动态模型,特征数据模型,以及用户所提出的原始数据要求。

  在设计阶段,数据库创建工程师需要根据数据库开发需求确定数据库开发流程以及开发标准,同时将此类信息归档,并提供给最终用户。

 

原始数据采集:

  主要是针对用户的需求以及模拟器训练目标,来采集创建数据库所需的原始数据,主要有以下几类:

卫星图片数据:

  用于创建地景数据库的地面贴图,一般情况下使用1m,5m,15m三种精度卫星图片,覆盖区域大小以及精度要求也可能根据用户需求进行相应调整。1m卫星图片主要涵盖机场附近以及主要区域,为飞行提供比较精细的地面贴图,方便飞行员对一些特征地点或者特征建筑物的识别;5m卫星图片提供中等精度的地面贴图效果,主要是作为1m卫星图片和15m卫星图片的过渡区域来使用;15m卫片提供比较低精度的地面贴图效果,主要是让飞行员在高空飞行时能观测到大概的地形地貌效果,覆盖范围较大。

 

 

地形高程数据:

  含有地形高程信息的数据,大小必须要覆盖到模拟器训练所使用的整个区域,精度大小可由用户要求来确定,一般情况下使用90m精度数据即可。

 

矢量文化特征数据:

  用户创建区域的矢量特征数据,主要是建筑群,公路,河流,海洋等等信息,根据用户需求进行购买。

  

照片数据:

  一般情况下,在进行3D建模的时候,特别是一些重点建筑物或者重点模型的时候,需要专门为实物拍摄一些照片,作为建模时候的贴图素材,以求达到最真实的视觉效果。

  

数据库开发:

机场数据鉴定:

  机场数据鉴定阶段的主要任务是在获得相应数据之后,将所得到数据的位置,经纬度,精细度,效果,季节,颜色,覆盖区域大小等信息与用户提出要求进行比对,确认数据无误,为下一步的工作做好准备。在这个阶段,很多时候需要将所得数据与用户进行多次确认,以保证最终效果能够满足客户的要求。

 

重点区域3D建模

  该阶段的主要任务是针对客户提出的重点区域(飞行仿真的话一般就是机场)进行3D建模。整个过程中主要步骤将在下文中详细介绍

  

 

三维地景数据库生成

  地景数据库建模软件中三维地景数据库构建主要包括地景数据的处理和矢量特征数据的处理两个方面。之所以要进行这步操作,是由于一般图形工作站系统有自己专属的数据格式,所有的数据(包括卫星图片数据,高程数据,矢量数据等),都需要通过地景数据库建模软件导入,进行格式转换。这些数据是对图形工作站系统专门进行了优化的,所以无论在速度上还是显示效果上都会有比较大的提升,在导入过程中,我们可以根据用户的需求对相关参数进行设定,例如通过设置数据导入时的图层数量来决定卫星图片调用精细等级,通过设定压缩方法来决定计算之后数据的效果以及数据大小等等,争取在达到用户要求的前提下尽量的提升系统效率。

  地景数据库的载入主要是对配置文件文件进行设置,以及一些重点模型的载入以及调试工作这些工作都是在数据库建模软件中完成的。

 

数据库测试

  在本阶段,主要工作内容是将已经制作完成的数据库放在图形生成系统上运行,观看实际效果。

  数据库测试在整个数据库制作过程中有着重要的作用:

  一方面,在制作阶段所看到的效果与图形生成系统上运行的实际效果有可能会有所偏差(颜色效果,光点,贴图精细度,包括投影系统对最终效果的影响等等),我们需要根据测试的实际效果,对数据库进行一些改动和调整,来满足最终效果的需求。

  另一方面,很多图形生成系统自己专属的特效,例如运动纹理,建筑物碰撞检测设定,灯点方向性设定,灯点编组控制,动画播放等等,只有在图形生成系统上运行的时候才能看到最终效果,我们在Creator中创建的时候是看不见的,以上这些都需要在在本阶段中进行测试,对最终效果进行评估,检查是否能达到用户的最终需求。

  此外,我们在创建过程中可能会对一些问题有所遗漏,在测试阶段能帮助我们找到一些建模工作中的失误,比如使用了凹多边形,某些模型面是无效的,贴图格式错误,贴图序列号过多,基准面设置错误等等,这些问题只有进过实际测试,才会发现,并且在测试阶段我们能知道具体的问题所在,有针对性的去修改这些问题,而不是盲目的去寻找。

  最重要的一点,在此阶段,用户能较多的参与进来,因为他们是最终效果的评判者,甚至之前他们没有注意到的问题也能够在测试阶段发现,及时进行修改;或者用户有了新的需求和改动,就能在测试阶段提出,进行及时的改动和调整,确保最终的交付效果。

 

数据库交付

  在测试阶段用户验收签字之后,数据库就能正式交付给客户了。除了数据库文件之外,一般我们会将源数据刻盘交付用户,并且,在接下来的时间中,如果用户需要的话,可以对现有数据库进行修改,维护以及相关的技术支持工作。

所属类别: 模拟器

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