飞行仿真视景中的地形快速生成算法
无人机航摄生成DEM的高程点快速提取算法
WESTERN RESOURCES遥感测绘2019年第二期无人机航摄生成DEM的高程点快速提取算法张肃四川省地质调查院成都610031扌商要：无人机航空摄影技术在近年来得到了迅速的发展，无人机具有起降方便，分辨率高，响应速度快的特点，在抢险救灾，地质灾害监测等方面发挥了重要作用。
无人机航空摄影生成的地形图中的高程点提取是地形图制作的重要步骤，本文提出了一种自适应的地形图高程点提取算法，相对于传统的算法，具有精确度高，计算简单，实用性强等特点。
该算法的基础是数学形态学中的图像膨胀算法。
本文将此算法用于陕西省丹凤县和紫阳县的无人机航摄生成的地形图中，提取了符合要求的高程点。
结果表明，提取的高程点完全满足了地形图的要求，说明了该算法的准确性和实用性。
关键词：无人机；地形图；高程点；算法A fast extraction algorithm for surface peaks of DEM derived fromUAV aerial photographyzhang suAbstract：UAV aerial photography technology has been rapidly developed in recent years.UAV has the advantages of convenient take—off and landing,high resolution and fast response,and plays an important role in disaster relief and geological disaster mon让oring.The surface peaks extraction in the topographic map generated by aerial photography of UAV is an important step in topographic map production.This paper proposes an adaptive topographic map surface peaks extraction algorithm,which has higher accuracy and simple calculation than traditional algorithms.And this method is more practical.The basis of this algorithm is the image expansion algorithm in mathematical morphology.In this paper,the algorithm is applied to the topographic map generated by the UAV aerial photography in Danfeng County and Ziyang County of Shaanxi Province,and the surface peaks that meet the requirements are extracted.The results show that the extracted surface peaks fiilly meet the requirements of topographic maps,indicating the accuracy and practicability of the algorithm.key word:UAV,DEM,surface peaks,algorithm1•无人机航摄的应用与发展无人机航空遥感是近年来发展起来的一种遥感技术的新手段和遥感技术研究的一个热点领域，具有低空云下飞行、起降方便、分辨率高的特点，是卫星遥感和有人机航空遥感的重要补充，现在无人机摄影已经广泛用于地质灾害抢险救灾等领域叭无人机航空数据相对卫星数据来说，受天气的影响要小,数据快速获取的效率更高。
测绘技术航空摄影地形图制作流程
测绘技术航空摄影地形图制作流程地形图是一种用来展示地表地理特征的图形表达方式，因其能够提供精确、全面的地理信息，被广泛应用于军事、城市规划、土地管理等领域。
航空摄影是制作地形图的常用方法之一，通过对地面进行空中拍摄，并结合测量数据和图像处理技术，可以生成详细准确的地形图。
下面将介绍一下航空摄影地形图制作的流程。
1. 构建航空摄影平台在进行航空摄影之前，首先需要构建航空摄影平台。
该平台通常由无人机、航空摄影机、惯性导航仪等装备组成，这些装备将合作配合，确保能够在航空飞行中获取高质量的摄影数据。
通过准备好这些设备，并进行相应的校准和调试工作，以确保摄影的精度和稳定性。
2. 进行航空摄影任务摄影任务是航空摄影地形图制作流程的核心步骤。
在进行航空摄影之前，需要根据制作地形图的需求确定拍摄区域，并进行航线规划。
航线规划应考虑地形复杂性、光照条件、飞行安全等因素，以确保摄影能够充分覆盖目标区域，并获得高质量的摄影数据。
同时，也需要注意避免与其他飞行器、建筑物等物体的冲突。
3. 数据获取与处理在航空摄影过程中，摄影机会对地面进行连续拍摄，获取大量图片数据。
这些图片数据会包含丰富的地理信息，但同时也会存在一定的畸变和噪声。
因此，需要对这些数据进行处理，以提取有用的地理信息并去除冗余的数据。
处理的方法通常包括图像校正、降噪和图像融合等步骤，以确保摄影数据的准确性和完整性。
4. 摄影影像的几何校正航空摄影影像的几何校正是地形图制作的重要环节之一。
由于航空摄影过程中，飞行器和地面之间存在一定的高度差和摄影角度，所以摄影影像中的地物会产生一定的形变。
为了获得准确的地理信息，需要对这些影像进行几何校正操作，恢复地物的真实形状。
几何校正通常包括飞行器高度校正、空间影像纠正、尺度纠正等步骤。
5. 地形数据提取与编辑在校正完成后，可以开始从摄影影像中提取地形数据。
地形数据提取主要包括地物检测、地物分类和高程测量等步骤。
地物检测是指从摄影影像中识别出各个地物，如建筑物、道路等；地物分类是对检测到的地物进行分类归类；高程测量则是通过同名点的投影和3D坐标测定，计算出地物的真实高度。
地形地貌模型的制作方法
地形地貌模型的制作方法
地形地貌模型的制作方法有以下几种：
1. 传统建模法：传统建模法是通过测量地形地貌的高程数据，然后将这些数据转化为虚拟模型。
这种方法需要进行精密的测量工作，并使用CAD软件等工具进行建模。
2. 遥感数据法：遥感数据法通过卫星图像或航空遥感数据获取地形地貌的高程信息，然后将高程数据转化为三维模型。
这种方法可以快速获取大范围的地形地貌数据，并且可以使用GIS软件进行处理。
3. 数字地形模型（DTM）法：数字地形模型法通过采集地形地貌的高程数据，然后将这些数据转化为数字地形模型，从而生成三维模型。
这种方法结合了测量技术和计算机技术，可以高效地生成精确的地形地貌模型。
4. 激光雷达扫描法：激光雷达扫描法使用激光雷达设备对地表进行扫描，获取地形地貌的高程数据，并将这些数据转化为数字地形模型。
这种方法可以快速获取高精度的地形地貌数据，并且可以自动化地进行建模。
5. 无人机航拍法：无人机航拍法使用无人机对地表进行航拍，获取地形地貌的影像数据，并进行后期的处理，生成地形地貌模型。
这种方法可以快速获取地表影像数据，并可以实现高精度的地形地貌建模。
无论使用哪种方法，地形地貌模型的制作都需要地理信息系统（GIS）软件进行数据处理和模型生成。
同时，还需要使用三维可视化软件对模型进行可视化展示和分析。
数字地形模型的生成方法与应用
数字地形模型的生成方法与应用数字地形模型（Digital Terrain Model, DTM）是一种通过数字技术生成地形模型的方法，可以用于各种应用，如地形分析、工程设计、环境评估等。
本文将介绍数字地形模型的生成方法以及其在实际应用中的价值和挑战。
一、数字地形模型的生成方法1. 遥感技术遥感技术是一种通过卫星、航测等手段获取地表信息的方法。
利用遥感技术，可以获取地表的高程数据，从而生成数字地形模型。
常用的遥感技术包括激光雷达、雷达干涉测量、测量影像匹配等。
2. 全站仪技术全站仪技术是一种测量地形高程的方法，它利用全站仪仪器和测量棒测量地面点的三维空间坐标，进而计算出地形的高程。
全站仪技术可以实现对地形的高精度测量，尤其适用于小范围地貌测量。
3. 自动化测量技术自动化测量技术是一种通过自动化仪器和算法实现地形高程测量的方法。
自动化测量技术包括GPS、INS（惯性导航系统）等。
这些技术可以实现大范围地貌的高效测量，但相对于全站仪技术，其测量精度有所降低。
4. 数学建模技术数学建模技术是一种通过建立地形高程的数学模型，利用现有的地形数据进行拟合和插值计算，从而生成数字地形模型的方法。
数学建模技术可以通过插值方法、回归分析等统计算法，构建地形高程的数学模型，并生成数字地形模型。
二、数字地形模型的应用价值数字地形模型在地质、环境、工程等领域具有广泛的应用价值：1. 地质学研究数字地形模型可以提供地质学研究的基础数据，如地表高程、坡度、坡向等信息。
研究人员可以通过分析数字地形模型，了解地表地貌特征，进而研究地壳运动、地貌演化等问题。
2. 地形分析与规划数字地形模型可以为城市规划、交通设计等提供依据。
通过分析数字地形模型，可以评估地形对于城市规划和交通规划的影响，优化规划方案，提高城市和交通的安全性和效率。
3. 工程设计与施工在工程设计和施工中，数字地形模型可以提供工程设计和施工的依据数据。
通过分析数字地形模型，可以评估地形对工程的影响，如土地平整度、坡度等，从而制定合理的工程设计方案和施工方案。
飞行器飞行试验三维视景仿真系统设计与实现-
飞行器飞行试验三维视景仿真系统设计与实现-1. 研究背景与意义- 介绍当前飞行器飞行试验的重要性和存在的挑战- 阐述三维视景仿真系统在飞行试验中的作用和优势2. 系统需求分析- 从用户需求、系统功能和接口设计等方面分析三维视景仿真系统的需求- 提出关键的技术难点和解决方案3. 系统设计与实现- 介绍系统的整体设计思路和架构- 描述系统各模块的设计原理、功能和实现方法，包括飞行器数学模型、场景生成、图形渲染等4. 系统测试与验证- 展示系统的仿真效果- 采用实际数据对系统进行测试和验证，验证系统的可行性和准确性5. 结论与展望- 总结本文的工作和成果- 对未来相关工作进行展望，包括系统优化和功能拓展等。
1.研究背景与意义随着空气运输需求的不断增加，飞行器的研发也日益活跃。
这些飞行器在设计完成后需要进行试飞，以确保其可靠性、安全性和适航性。
但是，传统的试飞方式比较昂贵且危险。
因此，采用仿真技术进行试飞，是目前广泛采用的方式。
仿真技术能够在控制环境下模拟飞行过程，探索和验证不同设计方案对飞行器的影响和特性，减少试飞的需要并降低了试飞带来的安全风险。
与此同时，三维视景仿真系统在飞行试验中发挥着极其重要的作用，它可以为试飞员提供细致而逼真的飞行环境，使他们能在飞机未实际起飞的情况下进行试飞。
此外，三维视景仿真系统还能提高试飞的效率，减少试飞带来的风险，降低试飞成本，有效地促进了飞行器研发的进展。
因此，本文旨在设计和实现一个高效、准确、功能强大的三维视景仿真系统，以满足飞行器研发和试飞的需要。
该系统采用现代计算机技术和图形学原理，能够模拟真实飞行环境，提供真实的视觉效果和操作体验。
同时，该系统还能够支持多种试飞场景和试飞类型，系统的灵活性和通用性大大提高。
总之，采用三维视景仿真系统进行飞行试验是非常有意义的。
它能够有效提高试飞效率和降低试飞成本，同时还能保障试飞员的安全。
随着技术的不断发展，三维视景仿真技术将会在飞行器研发中起到越来越重要的作用，提高飞行器的设计和试飞效率，推动航空技术的发展。
训练用飞行仿真器视景显示系统研究
训练用飞行仿真器视景显示系统研究训练用飞行仿真器视景显示系统研究2010年08月19日星期四下午01：19李明忠毕长剑张双建牛敦金(空军指挥学院作战模拟中心北京100089摘要：训练用飞行仿真器视景显示统是飞行员获取信息的主要窗口，其性能指标的高低直接影响到飞行仿真器性能和模拟训练效果。
本文围绕这一关键子系统，阐述了其分类、不同类型显示系统的组成、显示原理及特点，并通过对现代战争背景下飞行任务训练对视景显示系统要求的分析，提出了训练用飞行仿真器视景显示系统方案选择方法。
飞行仿真器视景显示系统实像虚像1引言视景显示系统是飞行仿真器的重要组成部分，其主要功能是将图像生成设备生成的图形图像通过一定的显示装置显示给飞行员，它是飞行员获取飞行中有用信息的主要窗口。
视景显示系统显示的真实与否，直接关系到飞行员能否对景象做出正确的判断，从而能否及时准确地做出相应的反应，并最终影响到模拟训练的效果。
该系统相对于飞行仿真器的其他系统而言，造价高、设备昂贵，在有限的研制经费范围内，权衡不好会直接影响到设备的综合性能。
因此，视景显示系统的方案选择问题也是飞行模拟器设计和研制中要重点考虑的问题。
2视景显示系统的分类视景显示系统的分类方法很多，按投影方式的不同，可分为正投视景显示系统和背投视景显示系统；按系统投影屏幕结构形状的不同，又可分为圆球形视景显示系统、平面视景显示系统等。
但这些分类方法，难以有效地反映出不同类型视景显示系统之间最本质区别。
最为有效的分类方法，是根据显示成像的特征和原理不同，将其分为实像显示和虚像显示两大类，本文按该分类的方法进行论述。
3实像显示系统的类型及特点根据物理学定义，实像是由实际光线汇合在一起所成的影像,可以显现在屏幕上。
实像显示系统一般光路比较简单，直接通过投影设备将图像投射到显示屏上，其最大缺点就是缺乏立体感和纵深感。
目前，比较常见的实像显示方式，有平面窗口式、球形幕显示、模拟球视景显示系统三种类型。
如何利用航空摄影测量进行地形模型生成
如何利用航空摄影测量进行地形模型生成航空摄影测量是一项广泛应用于土地勘察、城市规划、地图制作及自然灾害监测等领域的技术。
它通过利用飞机、无人机等航空器携带的摄影测量设备获取地面的影像数据，然后通过图像处理和三维重建技术，可以生成高精度的地形模型。
本文将探讨如何利用航空摄影测量进行地形模型生成的方法与应用。
首先，为了进行地形模型的生成，我们需要获取高质量、高分辨率的航拍影像。
在航空摄影测量中，航拍影像是最基础、最重要的数据源，影像的质量和分辨率直接影响到地形模型的精度。
因此，在进行航拍影像获取时，我们需要选择合适的航拍设备和飞行计划，确保影像的清晰度和几何精度。
同时，还需要考虑到影像的重叠率和侧向摄影角度等因素，以提高后续的图像处理和三维重建效果。
其次，针对航拍影像的处理是地形模型生成的关键步骤之一。
常见的图像处理方法包括图像配准、图像拼接和图像校正等。
图像配准是指将多个航拍影像的坐标系统统一，以保证影像之间的空间一致性。
图像拼接则是将多个影像进行拼接，形成连续的卫星图像或航拍影像地图。
最后，对于存在因拍摄条件或传感器畸变等原因而引起的图像失真，需要进行图像校正，以消除图像的几何畸变。
在图像处理完成后，下一步是进行三维重建，即根据航拍影像生成地形模型。
常见的三维重建方法包括立体视觉、结构光、激光雷达等。
其中，立体视觉是一种基于多个影像之间的差异，通过匹配特征点进行三维重建的方法。
结构光则是利用光束投射到物体表面后形成影像来重建物体的三维结构。
而激光雷达则是通过激光束扫描地面，测量地面点云数据，并进一步生成地形模型。
三维重建的结果通常是一个点云数据集，表示地面上每个点的三维坐标信息。
然后，我们可以通过对点云数据进行滤波，并利用插值算法生成平滑的地形模型。
此外，还可以根据需求进行进一步的地形分析和模拟，如计算坡度、水流方向等。
这些地形模型可以被广泛应用于土地规划、土地利用、地质灾害分析等领域，为相关研究和决策提供重要的基础数据。
测绘技术如何进行DEM生成与分析
测绘技术如何进行DEM生成与分析测绘技术在地理信息系统（GIS）和遥感领域中起着重要的作用。
其中，数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）的生成和分析是测绘技术应用的重要方面之一。
本文将介绍DEM的生成和分析的基本原理和方法。
一、DEM生成DEM是地球表面高程信息的数字化表示，可以呈现出地面的起伏和形状。
常见的DEM生成方法有光学影像法、激光雷达法和雷达干涉法等。
1. 光学影像法光学影像法是利用航空或卫星遥感影像来生成DEM的一种方法。
通过对图像进行几何矫正和配准，可以获取地面上的特征点的坐标，并计算出其高程信息。
这种方法常用于大面积的地形测量和地貌分析。
2. 激光雷达法激光雷达法是利用激光器向地面发射激光束，通过测量激光束的反射时间和回波强度来计算地面点的坐标和高程信息。
这种方法具有高精度和高分辨率的优势，常用于山地地形的测量和建模。
3. 雷达干涉法雷达干涉法是利用合成孔径雷达（SAR）的干涉图像来生成DEM的一种方法。
通过对两幅或多幅干涉图像进行差分操作，可以获取地表的高程变化信息。
这种方法适用于大范围的地表变形监测和地震研究。
二、DEM分析DEM生成后，可以进行各种地形参数的分析和应用。
下面介绍几种常见的DEM分析方法。
1. 地形剖面分析地形剖面分析是对DEM数据进行剖面提取，以了解地面的起伏变化情况。
通过剖面分析，可以获取地面的高程变化曲线，并进一步计算地形参数，如坡度、坡向、高程差等。
这些参数对地质研究、水文模拟和土地规划等领域具有重要意义。
2. 流域提取和水流模拟利用DEM数据可以提取出流域范围，并计算出流域的面积、长度和周长等属性。
同时，基于DEM数据，还可以进行水流模拟和洪水预测。
通过建立流域模型，模拟水流在地表的流动过程，从而预测洪水灾害的发生和影响。
3. 三维可视化和地形重建利用DEM数据可以进行三维地形模型的可视化和地形重建。
通过DEM数据，可以构建真实的地形模型，使人们能够直观地了解地貌特征和地形变化。
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１ 地形快速生成算法
１．１ 视野区域的截取 截取视野区域是为了把能见到的地形数据确定到
一定的范围之内。视野的形状和大小是根据视点的位 置和视线方向来确定的。基于航空器的视野区域， 视点 Ｐ 比较高， 视野范围受到机窗的限制， 类似于如图 １ 所 示的梯形地面 ＡＢＣＤ 和梯形天空 ＣＤＥＦ， 其中 ＣＤ 为天 地交界线， 理想情况下 ＣＤ 应当处于无穷远处， 但考虑 到障碍物的遮挡和雾化效果， 远处景物看不见， 因此可 以用一个偏大的数值来表示 ＡＢ 与ＣＤ 之间的距离。梯
ＺＨＡＯ Ｘｉａｎｇ－ｌｉｎｇ， ＷＥＩ Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ， ＸＩＥ Ｃｈｕｎ－ｓｈｅｎｇ
（ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｉｒ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ， ＣＡＵＣ， Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３００， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ａ ｌａｒｇｅ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄ ｓｃｅｎｅ ｒｅｓｔｒｉｃｔｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ｉｎ ｆｌｉｇｈｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｉｒｃｒａｆｔｓ ｖｉｅｗ ｆｉｅｌｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ， ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｎｆｉｒｍｉｎｇ ｖｉｅｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｎｄｅｒ－ ｉｎｇ ｄａｔａ ｗａｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｇｒｅａｔｌｙ． Ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｖｉｅｗ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ， ｔｈｅ ｓｃｅｎｅ ｗａｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｔｅｒｒａｉｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｉｍｅｌｙ． Ｗｈａｔ ｉｓ ｍｏｒｅ， ａ ｃｕｌｌｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｃｅｎｅ ｓｈｅｌｔｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｆｉｅｌｄ ａｎｄ ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｒｅｌａｔｅｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｎｏｄｅ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｐｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｔｅｓｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｆｌｉｇｈｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； ｖｉｅｗ ｆｉｅｌｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ； ｔｅｒｒａｉｎ ｓｃｅｎｅ； ＬＯＤ； ｍｅｓｈ ｃｕｌｌｉｎｇ
航空器的飞行仿真无论是在军事演习、训练中， 还 是 在 民 航 飞 机 相 关 培 训 、事 故 调 查 中 都 起 到 了 重 要 作 用， 取得了巨大经济效益。飞行仿真的视景是透过视窗 所能看到的天空和地面场景， 天空场景比较单一， 只有 蓝天、一些云或天气情况， 容易实现； 而地面场景异常 复杂， 主要有大规模不规则地形、地表附着物等， 实现 相对困难， 尤其是大规模不规则地形的实时渲染对仿真 计算机图形加速性能要求更高， 这制约了仿真系统的 运行速度。本文在 ＶＣ＋＋编程环境下， 通过调用ＯｐｅｎＧＬ 来实现飞行仿真， 其主要工作是大规模的地形实时生 成。根据飞行仿真中视野区域有限性的特点把视域确 定在有限范围之内， 然后通过 ＬＯＤ 算法等加速算法实 现地形的快速生成。
作者简介： 赵向领（ １９７９－ ） ， 男， 河北永年人， 助教， 工学硕士， 研究方向为飞行器设计．
．
第 ２５ 卷 第 ６ 期
赵向领， 魏志强， 谢春生： 飞行仿真视景中的地形快速生成算法
３１
的大规模地形场景， 一般步骤如下所述， 本文工作集中 在下面步骤 ２） 和 ３） 上。
１） 载入地形场景的数据文件。大规模地形数据的 来 源 多 数 是 数 字 高 程 模 型 （ ｄｉｇｉｔａｌ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ， ＤＥＭ） 和 数 字 地 形 高 程 数 据 （ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｅｒｒａｉｎ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｄａｔａ， ＤＴＥＤ） ， 如果用这些数据直接渲染地形， 不仅会占 用大量的存储空间， 运行速度也比较慢， 地形模型的简 化是必要的。
向相同的一条参考线， 角 β用来确定航空器偏转坐标
系的方向， 即偏航相关角， ＡＢＣＤ 是需要 生 成 的 场 景 ；
为了便于计算， 设视锥的地面投影夹角 ＡＰ０Ｂ 为 ９０°； 引 入视野深度 ｄ＝｜Ｐ０ Ｐ１｜， 是一个定值， 用于表示视点投影 点 Ｐ０ 到天地交界线 ＣＤ 的距离； ＡＢ 距 Ｐ０ 的距离｜Ｐ０ Ｐ２｜ 由航空器的俯仰相关角 γ确定， 即｜Ｐ０ Ｐ２｜＝Ｐｙｔａｎγ， Ｐｙ 是 视点到地面的高。
图 ３ 视野划分 Ｆｉｇ．３ Ｐａｓｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ｉｎ ｖｉｅｗ ｆｉｅｌｄ
划分基三角片后， 对每个基三角片进行自上而下 递归拆分， 直到满足所需的精度要求。为了解决两个不 同分辨率节点拼接处出现的“裂缝”现象， 可采用网格 中节点的规律， 即一个节点与其邻节点成共直角边关系 或共斜边关系， 创建二元三角树的节点结构：
第 ２５ 卷 第 ６ 期 ２００７ 年 １２ 月
中国民航大学学报 Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＩＶＩＬ ＡＶＩＡＴＩＯＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＣＨＩＮＡ
Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．６ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ， ２００７
飞行仿真视景中的地形快速生成算法
赵向领， 魏志强， 谢春生
（ 中国民航大学 空中交通管理学院， 天津 ３００３００）
摘 要： 在航空器飞行仿真中， 地面大规模场景制约着仿真速度。为了快速生成地形场景， 分析了航空器的视域特点， 提
出了飞行仿真的视域裁剪方法， 确定了地面场景的视野范围， 在保证显示质量的同时大范围降低了渲染数据； 采
用视点相关的 ＬＯＤ 技术对场景进行有效简化， 实现了大规模地形的实时显示； 提出了视野区内背对观察者场景
$Ｂｚ＝! ２ Ｐｙ·ｔａｎγ·ｃｏｓ（ β－ ４５°） ＋ ｚ
#
（ １）
$Ｃｘ＝! ２ ｄｃｏｓ（ β－ ４５°） ＋ ｘ $ $Ｃｚ＝! ２ ｄｓｉｎ（ β－ ４５°） ＋ ｚ
$ $Ｄｘ＝! ２ ｄｃｏｓ（ β＋ ４５°） ＋ ｘ
$ %Ｄｚ＝! ２ ｄｓｉｎ（ β＋ ４５°） ＋ ｚ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 各点的高度从 ＤＥＭ 获得， ＤＥＭ 一般表
形 ＡＢＣＤ 就 是 要
Ｅ
快速生成的地形
场景， 它必需随
着航空器的飞行
位置和姿态实时
变化， 才能实现
飞行仿真中动态 地形的实时更新 显示。
Ｃ
图 １ 确定视野区域 Ｆｉｇ．１ Ｃｏｎｆｉｒ ｍ ｖｉｅｗ ｆｉｅｌｄ
在地面场景中（ 如图 ２ 所示） 建立直角坐标系 ｘｏｚ，
Ｐ 点为航空器在地面的投影， ｘ′为平行于 ｘ 轴， 并且方
本 文 在 扇 形 二 元 三 角 树 结 构 的 ＲＯＭＡ 方 法 基 础 上， 主要把工作集中在了根据飞行中的视域特点， 裁剪 视野区域和确定评价公式， 有效拆分， 生成飞行仿真中
收稿日期： ２００７－ ０４－ ０５； 修回日期： ２００７－ ０６－ ０１
基金项目： 国家 ８６３ 计划资助项目（ ２００６ＡＡ１２Ａ１１４）
剔除方法和相关的节点评价算法。通过试验证实了该算法的可行性和有效性。
关键词： 飞行仿真； 视域裁剪； 地形场景； ＬＯＤ； 网格剔除
中图分类号： Ｖ４４８．１５； ＴＰ３９１．９
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－５０００（ ２００７） ０６－００３０－０４
Ｒａｐｉｄ Ｇｅｎｅｒ ａｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｅｒ ｒ ａｉｎ Ｓｃｅｎｅ ｉｎ Ｆｌｉｇｈｔ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
角片的整数倍。
满 足 式 （ ２） ， 二 者 有
一个不满足， 都要继
续拆分。只有 ２ 个评 价公式都满足， 才停 止拆分。
图 ４ 与地形相关的评价公式 Ｆｉｇ．４ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｌａ ｒ ｅｌａｔｅｄ
ｗｉｔｈ ｔｅｒ ｒ ａｉｎ
１．３ 不可见网格的剔除
在视野区域内， 由于地形的高低不同， 一块高地或
２） 依据视点和视线方向对场景进行截取， 确定视 野区域， 并划分视野区域。全部显示地形数据不仅会造 成资源的极大浪费， 而且会影响可视化飞行仿真的连续 性和真实性， 因此需要根据实际情况对地形场景进行裁 剪选取， 只显示出当前视线可见区域的地形部分， 屏蔽 掉视域以外的所有场景和物体。
３） 对视域进行自上而下的拆分， 在拆分每个节点 时， 先要确定该节点是否可见， 然后再根据节点评价公 式， 判断其是否达到精度要求。这就是地形模型简化的 细节层次法（ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ， ＬＯＤ） ， 它可以在保证图像 视觉质量的前提下对模型进行有效的简化， 可分为离 散 细 节 层 次 （ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ） 、 连 续 细 节 层 次 （ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ） 、视点相关细节层次 （ ｖｉｅｗ－ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ） 和分层细节层次（ ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｄｅｔａｉｌ） 等 ４ 种［９］。视点相关细节层次可以依据 视点的位置和地表的粗糙度不同， 生成不同精度细节 描述的地形模型， 它通过一个判断机制， 把大量的高程 数据限制在了一个既能保持精度又能提高运行速度的 范围之内， 可以在近视点处， 对地形进行精细的渲染， 而远视点处， 简单勾勒， 在很大程度上简化了地形模型。
避免二元三角树的深度过大， 难以控制， 需要对视野区
在拆分节点时，
域进行划分， 把它划分为直角边为 ３２×３２ 的基三角片 要 先 检 测 该 节 点 是
（ 如图 ３ 所示） ， 为了便于计算， 适当调整其边界， 取视 否 满 足 式 （ １） ， 如 果
野深度 ｄ 和｜Ｐ０ Ｐ２｜为 ３２ 的整数倍， 使视野区域是该三 满足， 再检测其是否