一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法
2023-05-07 09:10:21
一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法
【專利摘要】本發明一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法，具體步驟為：搭建基於電子沙盤的三維軍標標繪系統，包括：地理信息數據處理與顯示模塊、二維軍標符號生成模塊、軍標符號三維繪製模塊和軍標符號管理模塊；地理信息數據處理與顯示模塊實現地形數據的三維顯示；二維軍標符號生成模塊對軍標符號進行二維繪製；軍標符號三維繪製模塊實現了軍標的網格化和地形匹配；軍標符號管理模塊對軍標在三維場景中進行管理控制。本發明基於三維電子沙盤系統提供了全軍在三維場景中的標繪方法，採用Qt繪圖系統完成軍標二維繪製，並採用離線和實時網格化將三維軍標標繪分為兩個LOD等級，兼顧了軍標標繪的地形匹配和場景實時繪製渲染要求。
【專利說明】一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種三維軍標標繪方法，特別是一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法。
【背景技術】
[0002]電子沙盤是計算機技術、計算機圖形學等技術的產物，廣泛應用於軍事、教育、娛樂、房地產等領域。電子沙盤系統具有數據分析、空間特性分析、路徑分析和態勢標繪等功能，在軍事領域三維戰場態勢標繪為指揮決策提供了形象、直觀、豐富的戰場信息。
[0003]三維標繪技術是電子沙盤系統中進行態勢展示和態勢推演的基礎，指揮機構可以根據戰場態勢的發展情況及時調整作戰計劃，三維態勢標繪的研宄具有重要意義。軍隊標號是表現部隊作戰指揮、作戰模擬和其它軍事相關活動中一種常用的圖形符號，是三維標繪的主要內容。
[0004]現有的標繪系統已經能夠實現部分標繪符號的繪製，但多數是使用三維模型、公告牌或者二維平面化的符號放置到場景中。三維模型方法首先是需要大量的模型數據，而且沒有統一的標準，考慮到渲染效率也不能大量加載；公告牌或者二維平面化的符號不是三維標繪技術，不能很好的適應地形，對觀察視角也有一定限制。有些技術針對部分符號實現了三維標繪，但具有限定的使用範圍，不適用於全軍標的三維繪製。
【發明內容】
[0005]本發明目的在於提供一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法，解決了全軍標在三維場景中地形匹配和繪製實時性的問題。
[0006]一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法的具體步驟為:
第一步搭建基於電子沙盤的三維軍標標繪系統
基於電子沙盤的三維軍標標繪，包括:地理信息數據處理與顯示模塊、二維軍標符號生成模塊、軍標符號三維繪製模塊和軍標符號管理模塊。所述:
地理信息數據處理與顯示模塊的功能為:對三維地理信息數據進行預處理，生成地形資料庫，構建多解析度紋理細節LOD並分頁調度實現實時渲染。
[0007]二維軍標符號生成模塊的功能為:實現基於QT的二維軍標符號的繪製，生成了二維的軍標模型庫，並提供修改軍標符號屬性的接口。
[0008]軍標符號三維繪製模塊的功能為:對軍標符號進行網格化處理，實現軍標的離線三角剖分和實時三角剖分，生成網格化數據，並進行地形匹配。
[0009]軍標符號管理模塊的功能為:為軍標符號建立管理庫，提供軍標的添加、刪除、屬性修改功能，保存場景軍標信息，支持態勢儲存與復現。
[0010]第二步地理信息數據處理與顯示模塊實現地形數據的三維顯示
地理信息數據處理與顯示模塊首先將地形數據進行坐標轉換，其中，地形數據是空間基礎地理要素數據，包括DEM數據、DLG數據、TIF數據、屬性數據、地理特徵的GIS數據以及標註信息數據，變換為目標地形坐標，然後通過gdal_translate工具預先對影像數據進行瓦片處理，並使用gdaladdo工具創建金字塔數據集。其次，地理信息數據處理與顯示模塊構建地形塊的線性四叉樹索引，採用地形預加載和動態調度，實現對海量地形數據進行動態加載顯示。
[0011 ] 第三步二維軍標符號生成模塊對軍標符號進行二維繪製
軍標標繪模塊首先採用跨平臺的Qt開發框架，基於Qt的Arthur繪圖系統，採用QPainter繪製圖形，使用繪圖函數、路徑裁剪與區域裁剪函數實現常規軍標符號的生成、採用基於控制點的B樣條曲線和貝塞爾曲線擬合方式生成動態軍標符號。其次，軍標標繪模塊使用Qpen畫筆繪製輪廓，利用QBrush畫刷進行填充，利用QFont定義字體，並提供接口用於軍標修改。最後，軍標標繪模塊使用坐標轉換實現軍標變換，提供比例變換、旋轉變換和平移變換接口。
[0012]第四步軍標符號三維繪製模塊實現了軍標的網格化和地形匹配
軍標符號三維繪製模塊將軍標在三維場景中的顯示方式分為兩個LOD等級，採用不同方式對軍標進行網格化處理，並實現地形匹配。地形匹配時採用的高程值，是在三維場景中以軍標網格點對應地形的高程值加上一個正值作為該網格點的高程，避免軍標與地形重合產生閃動。
[0013]當軍標符號初始繪製或地形加載LOD不是最高細節等級時，軍標符號三維繪製模塊選擇使用低LOD軍標符號，採用離線網格化方法。模塊使用Delaunay算法對二維軍標符號進行三角剖分，生成離線數據。然後進行地形匹配，採用射線查詢方式，獲取軍標符號網格點對應地形的高程值，並賦值給軍標網格點，即可進行繪製。當地形加載為最高細節等級時，軍標符號三維繪製模塊選擇使用高LOD軍標符號，採用實時網格化方法。模塊採用多線程處理方式，根據軍標所在位置的地形網格特徵對二維軍標符號進行實時三角剖分，將地形網格點線作為三角剖分的約束條件，使用約束Delaunay三角剖分方法生成網格，然後獲取軍標符號各網格點對應地形的高程值，將高程值賦給軍標符號進行地形匹配。
[0014]第五步軍標符號管理模塊對軍標在三維場景中進行管理控制
軍標符號管理模塊建立三維軍標符號模型庫對場景中的三維軍標符號進行管理。軍標符號管理模塊通過場景節點控制能夠對軍標進行添加、刪除、顯隱操作；通過Qt繪圖系統接口能夠對軍標顏色、內外襯色、字體進行修改；通過坐標轉換接口能夠對軍標大小、位置、方向、姿態進行修改；軍標符號管理模塊將場景中標繪內容的名稱、屬性信息保存為DAT文件，通過讀取該文件可復現標繪內容，實現場景態勢的存儲和重讀。
[0015]至此，實現了基於電子沙盤系統的三維軍標標繪。
[0016]本發明基於三維電子沙盤系統提供了全軍在三維場景中的標繪方法，採用Qt繪圖系統完成軍標二維繪製，並採用離線和實時網格化將三維軍標標繪分為兩個LOD等級，兼顧了軍標標繪的地形匹配和場景實時繪製渲染要求。
【具體實施方式】
[0017]一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法的具體步驟為:
第一步搭建基於電子沙盤的三維軍標標繪系統
基於電子沙盤的三維軍標標繪，包括:地理信息數據處理與顯示模塊、二維軍標符號生成模塊、軍標符號三維繪製模塊和軍標符號管理模塊。所述:
地理信息數據處理與顯示模塊的功能為:對三維地理信息數據進行預處理，生成地形資料庫，構建多解析度紋理細節LOD並分頁調度實現實時渲染。
[0018]二維軍標符號生成模塊的功能為:實現基於QT的二維軍標符號的繪製，生成了二維的軍標模型庫，並提供修改軍標符號屬性的接口。
[0019]軍標符號三維繪製模塊的功能為:對軍標符號進行網格化處理，實現軍標的離線三角剖分和實時三角剖分，生成網格化數據，並進行地形匹配。
[0020]軍標符號管理模塊的功能為:為軍標符號建立管理庫，提供軍標的添加、刪除、屬性修改功能，保存場景軍標信息，支持態勢儲存與復現。
[0021]第二步地理信息數據處理與顯示模塊實現地形數據的三維顯示
地理信息數據處理與顯示模塊首先將地形數據進行坐標轉換，其中，地形數據是空間基礎地理要素數據，包括DEM數據、DLG數據、TIF數據、屬性數據、地理特徵的GIS數據以及標註信息數據，變換為目標地形坐標，然後通過gdal_translate工具預先對影像數據進行瓦片處理，並使用gdaladdo工具創建金字塔數據集。其次，地理信息數據處理與顯示模塊構建地形塊的線性四叉樹索引，採用地形預加載和動態調度，實現對海量地形數據進行動態加載顯示。
[0022]第三步二維軍標符號生成模塊對軍標符號進行二維繪製
軍標標繪模塊首先採用跨平臺的Qt開發框架，基於Qt的Arthur繪圖系統，採用QPainter繪製圖形，使用繪圖函數、路徑裁剪與區域裁剪函數實現常規軍標符號的生成、採用基於控制點的B樣條曲線和貝塞爾曲線擬合方式生成動態軍標符號。其次，軍標標繪模塊使用Qpen畫筆繪製輪廓，利用QBrush畫刷進行填充，利用QFont定義字體，並提供接口用於軍標修改。最後，軍標標繪模塊使用坐標轉換實現軍標變換，提供比例變換、旋轉變換和平移變換接口。
[0023]第四步軍標符號三維繪製模塊實現了軍標的網格化和地形匹配
軍標符號三維繪製模塊將軍標在三維場景中的顯示方式分為兩個LOD等級，採用不同方式對軍標進行網格化處理，並實現地形匹配。地形匹配時採用的高程值，是在三維場景中以軍標網格點對應地形的高程值加上一個正值作為該網格點的高程，避免軍標與地形重合產生閃動。
[0024]當軍標符號初始繪製或地形加載LOD不是最高細節等級時，軍標符號三維繪製模塊選擇使用低LOD軍標符號，採用離線網格化方法。模塊使用Delaunay算法對二維軍標符號進行三角剖分，生成離線數據。然後進行地形匹配，採用射線查詢方式，獲取軍標符號網格點對應地形的高程值，並賦值給軍標網格點，即可進行繪製。當地形加載為最高細節等級時，軍標符號三維繪製模塊選擇使用高LOD軍標符號，採用實時網格化方法。模塊採用多線程處理方式，根據軍標所在位置的地形網格特徵對二維軍標符號進行實時三角剖分，將地形網格點線作為三角剖分的約束條件，使用約束Delaunay三角剖分方法生成網格，然後獲取軍標符號各網格點對應地形的高程值，將高程值賦給軍標符號進行地形匹配。
[0025]第五步軍標符號管理模塊對軍標在三維場景中進行管理控制
軍標符號管理模塊建立三維軍標符號模型庫對場景中的三維軍標符號進行管理。軍標符號管理模塊通過場景節點控制能夠對軍標進行添加、刪除、顯隱操作；通過Qt繪圖系統接口能夠對軍標顏色、內外襯色、字體進行修改；通過坐標轉換接口能夠對軍標大小、位置、方向、姿態進行修改；軍標符號管理模塊將場景中標繪內容的名稱、屬性信息保存為DAT文件，通過讀取該文件可復現標繪內容，實現場景態勢的存儲和重讀。
[0026]至此，實現了基於電子沙盤系統的三維軍標標繪。
【權利要求】
1.一種基於電子沙盤系統的三維軍標標繪方法，其特徵在於具體步驟為: 第一步搭建基於電子沙盤的三維軍標標繪系統 基於電子沙盤的三維軍標標繪，包括:地理信息數據處理與顯示模塊、二維軍標符號生成模塊、軍標符號三維繪製模塊和軍標符號管理模塊；所述: 地理信息數據處理與顯示模塊的功能為:對三維地理信息數據進行預處理，生成地形資料庫，構建多解析度紋理細節LOD並分頁調度實現實時渲染； 二維軍標符號生成模塊的功能為:實現基於QT的二維軍標符號的繪製，生成了二維的軍標模型庫，並提供修改軍標符號屬性的接口 ； 軍標符號三維繪製模塊的功能為:對軍標符號進行網格化處理，實現軍標的離線三角剖分和實時三角剖分，生成網格化數據，並進行地形匹配； 軍標符號管理模塊的功能為:為軍標符號建立管理庫，提供軍標的添加、刪除、屬性修改功能，保存場景軍標信息，支持態勢儲存與復現； 第二步地理信息數據處理與顯示模塊實現地形數據的三維顯示地理信息數據處理與顯示模塊首先將地形數據進行坐標轉換，其中，地形數據是空間基礎地理要素數據，包括DEM數據、DLG數據、TIF數據、屬性數據、地理特徵的GIS數據以及標註信息數據，變換為目標地形坐標，然後通過gdal_translate工具預先對影像數據進行瓦片處理，並使用gdaladdo工具創建金字塔數據集；其次，地理信息數據處理與顯示模塊構建地形塊的線性四叉樹索引，採用地形預加載和動態調度，實現對海量地形數據進行動態加載顯示； 第三步二維軍標符號生成模塊對軍標符號進行二維繪製 軍標標繪模塊首先採用跨平臺的Qt開發框架，基於Qt的Arthur繪圖系統，採用QPainter繪製圖形，使用繪圖函數、路徑裁剪與區域裁剪函數實現常規軍標符號的生成、採用基於控制點的B樣條曲線和貝塞爾曲線擬合方式生成動態軍標符號；其次，軍標標繪模塊使用Qpen畫筆繪製輪廓，利用QBrush畫刷進行填充，利用QFont定義字體，並提供接口用於軍標修改；最後，軍標標繪模塊使用坐標轉換實現軍標變換，提供比例變換、旋轉變換和平移變換接口； 第四步軍標符號三維繪製模塊實現了軍標的網格化和地形匹配軍標符號三維繪製模塊將軍標在三維場景中的顯示方式分為兩個LOD等級，採用不同方式對軍標進行網格化處理，並實現地形匹配；地形匹配時採用的高程值，是在三維場景中以軍標網格點對應地形的高程值加上一個正值作為該網格點的高程，避免軍標與地形重合產生閃動； 當軍標符號初始繪製或地形加載LOD不是最高細節等級時，軍標符號三維繪製模塊選擇使用低LOD軍標符號，採用離線網格化方法；模塊使用Delaunay算法對二維軍標符號進行三角剖分，生成離線數據；然後進行地形匹配，採用射線查詢方式，獲取軍標符號網格點對應地形的高程值，並賦值給軍標網格點，即可進行繪製；當地形加載為最高細節等級時，軍標符號三維繪製模塊選擇使用高LOD軍標符號，採用實時網格化方法；模塊採用多線程處理方式，根據軍標所在位置的地形網格特徵對二維軍標符號進行實時三角剖分，將地形網格點線作為三角剖分的約束條件，使用約束Delaunay三角剖分方法生成網格，然後獲取軍標符號各網格點對應地形的高程值，將高程值賦給軍標符號進行地形匹配； 第五步軍標符號管理模塊對軍標在三維場景中進行管理控制軍標符號管理模塊建立三維軍標符號模型庫對場景中的三維軍標符號進行管理；軍標符號管理模塊通過場景節點控制能夠對軍標進行添加、刪除、顯隱操作；通過Qt繪圖系統接口能夠對軍標顏色、內外襯色、字體進行修改；通過坐標轉換接口能夠對軍標大小、位置、方向、姿態進行修改；軍標符號管理模塊將場景中標繪內容的名稱、屬性信息保存為DAT文件，通過讀取該文件可復現標繪內容，實現場景態勢的存儲和重讀； 至此，實現了基於電子沙盤系統的三維軍標標繪。
【文檔編號】G06T11/00GK104504742SQ201410812947
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月24日 優先權日:2014年12月24日
【發明者】李峰, 劉昊, 文斌, 伍航, 高湘軍 申請人:中國航天科工集團第四研究院