面向虚拟环境的三维地形生成方法
基于VR的虚拟场景生成算法研究
基于VR的虚拟场景生成算法研究摘要：虚拟现实技术(VR)一直是信息领域研究、开发和应用的热点方向之一。
地形是自然界最复杂的景物之一。
分形地形的生成是三维自然景物模拟的重要组成视景之一。
从三维地形的生成方法入手，重点介绍了基于分形技术的三维地形的模拟生成相关技术．在地形模型的建立过程中，利用了分形地形建模方法中的中点位移法中的菱形-方形法，实现了分形地形模拟。
上述方法取得了预期的效果，基本符合工程的要求。
关键词：可视化；虚拟现实；分形地形；中点位移法1 虚拟视景生成的相关技术1.1 科学计算可视化技术科学计算可视化，后来被简称为“科学可视化”、“可视化”。
科学计算可视化通过借助计算机的图形图像处理能力, 将科学计算的结果以非常直观的图形或图像输出，而不是单纯的、大量的数字输出, 即实现了将计算中涉及与产生的数学信息转变为以图形或图像表示的物理现象后, 呈现在研究者面前, 使研究者能够一目了然地获得被研究现象的变化规律及分布情况, 从而使人们不需要再对计算输出的大量数据进行抽象分析，进而摆脱了这种费时而繁琐的过程, 缩短科学研究周期的同时, 提高了研究的效率。
1.2 虚拟现实技术VISC的3个应用之中，虚拟现实(Virtual Reality)是其中之一，近几年更是得到了迅猛的发展。
虚拟现实是综合利用计算机系统和各种特殊软、硬件来产生一种可以替代现实世界的仿真环境，这个环境对用户感官角度来说是真实和可信的”。
虚拟现实具有沉浸性、实时性和交互性等特点，所以一经提出便在制造业中得到了广泛应用。
虚拟现实能实现交互式的视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。
虚拟现实具有超越现实的虚拟性，与网络、多媒体技术并称为21世纪最有应用前景的3大技术，它正在改变和影响着我们的生活。
目前在此领域应用最广泛的是SGI、SUN等生产厂商生产的专用工作站。
图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。
如何进行三维地形建模和可视化呈现
如何进行三维地形建模和可视化呈现三维地形建模和可视化呈现对于地理信息系统（GIS）和虚拟现实技术来说，是一个重要且复杂的任务。
它涉及到对地球表面的各种地形特征进行精确的数字化表达，以便为用户提供清晰、真实的地理感知。
本文将介绍三维地形建模和可视化呈现的基本原理、方法和应用。
一、三维地形建模的基本原理三维地形建模是将地球表面的复杂地形特征以数字化的方式进行表达和呈现。
它的基本原理是利用地理数据和数学模型来描述地形的几何和地貌特征。
常用的地理数据包括数字高程模型（DEM）、地质地球物理数据、卫星遥感影像等。
数学模型则包括曲面拟合、插值算法、聚类分析等。
地形的数字化表达主要有两种方式：网格模型（grid-based）和三角网格模型（TIN）。
网格模型通过在地球表面上构建规则网格，将每个网格单元的高程值（或其他属性）与地理坐标相对应，从而精确描述地形特征。
三角网格模型则通过将地球表面离散化成一系列三角形面片，并将每个面片的顶点位置和属性数据存储在数据库中来建模和表达地形。
网格模型适用于规则地形的建模，而三角网格模型适用于不规则、复杂的地形。
二、三维地形建模的方法在实际应用中，三维地形建模常常需要综合利用多种数据和方法。
其中，数字高程模型是三维地形建模的基础，可以通过激光雷达、测量、遥感技术等手段获取。
除了数字高程模型，其他地理数据，如地质、地球物理数据等也可以用来辅助建模。
三维地形建模的方法包括了基于物理模型的建模、基于统计模型的建模和基于图像解译的建模。
1. 基于物理模型的建模：这种建模方法是使用物理原理来模拟地形的生成和演化过程。
常用的物理模型有水流模型、风蚀模型、地震模型等。
这种方法可以模拟地形的各种地貌过程，如河流侵蚀、土壤侵蚀、露天矿井开采等。
2. 基于统计模型的建模：这种建模方法通过分析地理数据之间的统计关系，来推断地形变量之间的关系。
常用的统计模型包括回归模型、插值模型、聚类模型等。
这种方法适用于没有明确的物理过程可供模拟的情况，可以根据数据的统计特征来推测地形的形态和分布。
虚拟环境中大范围三维地形模型简化方法研究与实现
使用 最 多的地 形 模 型 生成 方 法 ， 在 大 多 采 用 数 字 现
高程 模型 （ Ｅ 来 生 成 ， Ｅ 数 据 可 以 采 用数 字 Ｄ Ｍ） Ｄ Ｍ 摄 影测 量方 法测 图或 采用 数字 化地 形 图 中的高程 数
据 的方 法 生成 。一 般 的地 形 模 型 生成 算 法 Ｌ ， 将 ２ 是 Ｊ 相 邻 的 ４个 网格 点定 义 的 Ｄ Ｍ 单 元 变换 成 二 个 三 Ｅ
随着 仿 真 技 术和 虚 拟 现 实 应 用 领 域 的 不 断 扩 大， 具有 真实 自然 视 觉 效 果 的虚 拟 环 境 建模 技 术将 变得 越来 越重 要 ， 范 围三 维 地 形 模 型 生成 技 术 作 大 为虚拟 自然环境 和虚拟 仿真 领域 中视 景 系统 的重要 组成 部分 ， 被广泛 应 用于三 维地 理信 息 系统 、 事仿 军
维空 间的三 角形 ， 然后 将 视 景 体 内部 区域 的所 有 这 样的三 角形 送入 图形 流 水 线进 行 绘 制 ， 种 算 法 还 这 可将 图像 纹理 数据 以它 的最 高分 辨率 映射 到对 应 的 多边 形上 ， 是一 个 效 率 很 低 的 方 法。 因 为 在一 般 这 情 况下 ， 角形和 遥感 图像 纹理像 素 的数量 非 常大 。 三 而每 一个 独立 的 三 角 形投 影 到 图 像 空 间 后则 很 小 ，
真和虚 拟现 实等 背 景 当 中， 已经 成 为近 年 来 研 究 的
热 点之一 。三维 地 形模 型的 生成 主要是 在给 定地 形 数据 的基 础上 ， 用图形 学理论 和 多边 形绘制 技 术， 应 生 成场景 的三 维几 何模 型。 由于三 维 地形模 型 的数
并 且许 多纹理 像 素 可 能被 压 缩 到 一 个 图像 像 素 中，
视景仿真系统中三维地形的实时生成方法
视 景 仿 真 系统 中 三 维 地 形 的 实 时 生 成 法
邓 野 ， 卫 宁 ， 方 田生 彩
（ 北京交通大学 机械与电子控制工程学 院 ， 北京 １０ ４ ） ０ ０ ４
摘
要： 三维地 形是虚 拟 自然环境 中不 可缺 少的 因素 ， 是 虚拟仿 真 领域 中视景 系统 的重要 组成部 也
分 ． 维地 形 的 巨大数 据量一 直是视 景仿 真研 究 中的难 点 与热 点 ． 文提 出用函数 曲面来保存 地形 三 本
顶 点数据 ， 渲染 开始前预 先载入 和计 算生成 地 形数据 ， 在 而在 渲染 阶段 则利 用视 点相 关 Ｌ Ｄ（ ｅｅ Ｏ Ｌ ｖｌ ｏ ｅａ） 型来 简化 渲 染数 据 ， ｆ ｔｉ模 Ｄ ｌ 实现 大规 模地 形 网格 的绘 制 ． 实验 结 果 表 明 ， 方 法 能有 效减 少实 该 时绘制 时的计 算量 ， 高绘制 速度 ， 提 较好 地保证 了 大规模 三维地 形 的 实时生成 效果 ．
关 键词 ： 维地形 ； 三 函数 曲面 ； Ｏ 三 角 网格 Ｌ Ｄ； 中图分 类号 ： Ｐ ９ ．１ Ｔ ３１４ 文献标 志码 ： Ａ
Ａ ａ － ｍ ｅ Ｒｅ ｄ ｒ ｎ ｅ ｈ ｄ ｏ Ｄ ｒ ａ ｎ Ｒｅ ｌＴｉ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｍ ｔ ｏ ｆ ３ Ｔｅ ｒ ｉ
Ａｂ ｔａ ｔ３ ｔｒａｎｉ ａ ｄｓ ｅ ｓｂｅｆｃｏ ｎｖｒｕ ｌ ａ ｕ ａ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ｎ ｎ ｉ ｏ ｔｎ ａ ｔｏ ｓｒ ｃ ： Ｄ ｅ ｒｉ ｎ ｉ ｉ ｎ ａ ｌ ａ ｔ ｒｉ ｉ ａ ｔ ｒｌ ｎ ｉ ｍｅ ｔａ ｄ ａ ｍｐ ｒａ ｔｐ ｒ ｆ ｓ ｎ ｐ ｔ ｎ ｏ ｖｓ ａ ｉ ｌｔ ｎｓ ｓｅ ．Ｔｈ ｒｍｅ ｄ ｕ ａａｏ Ｄ ｅｒｉ ｒ ｌ ｙ ｈ ｉ ｉ ｌ ｅ ｎ ｏ ｓ ｔ ｆ ｉｕ ｌ ｍｕａ ｉ ｙ ｔｍ ｓ ｏ ｅｔｅ ｎ ｏ ｓｄ ｔ ｆ ３ ｔｒａｎ ａｅａｗａ ｓｔｅｄｆ ｃ ｔ ｓａ ｄｈ ｔｐ ｓｏ ｆｕ ｉ ｏ ｖｓ ａ ｉ ｌｔ ｎ ｎ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｈ ｅ ｔｘ ｄ ｔ ｆ ｅｒ ｉ ｒ ａ ｅ ｙｕ ｉｇ ｔ ｅｆ ｎ ｔ ｎｏ ｕ ｖ ｄ ｉｕ ｌ ｍｕａ ｉ ，Ｉ ｈｓ ａ ｅ ，ｔ ｅｖ ｒｅ ａａｏ ｒａｎｗｅｅｓｖ ｄ ｂ ｓｎ ｈ ｕ ｃｉ ｆ ｒｅ — ｓ ｏ ｔ ｏ ｃ ｓ ｒａ ｅ ｕ ｆｃ ．Ｔｈ ａａｏ ｅｒｉ ａ ｅｂ ｅ ａ ｅ ｎ ａｃ ｌｔｄ ｂ ｆｒ ｅ ｄ ｒｎ ．Ｄｕ ｉｇ ｔ ｅｒｎ ｅｉｇ ｅｄ ｔ ｆｔｒａｎ ｈ ｖ ｅ ｎ ｌ ｄ ｄａ ｄ ｃｌｕａｅ ｅｏ ｅｒｎ ｅｉｇ ｏ ｒｎ ｈ ｅ ｄ ｒｎ ，
基于图像纹理特征采用网格细分方法生成三维地形
Ｔ
一∥一∥…一
序列 ，设 ７ ＇ 是 经第 次细分的网格模型 中一个三角形 ，
检测 ，从 中提取 图像 的边缘 曲线 ，作为下一 步网格细 分的依
据。
（ ）将含有地形特征 曲线的图像作为纹理 ，映射 到一个 ２ 低精度平面 网格上 。
组单形 ，其中 ｛， 称为边 ，记为 厶 ｛， 埘称为三角形面 ， 记为 三角形每条 边最多只能包含在两个三角 片中，并且一
个 顶 点和 一 个 纹 理 坐 标 相 对 应 。
（ ）方 法依 据 和思 路 二
在 三 维地 形 场 景 中 ， 虽 然 地 形 表 现 为 三 维 模 型 ，但 表 示
（ ）引言 一
地形三维 可视化计 算近 年来一直 是相关领域 的热点研 究 问题 ，在 三维仿真和虚 拟地形环境 中 占有十分 重要的地位 。 关于虚拟 环境 中三维地 形的生成 大多数是采用 简化算法 ，在 保 留地形细部特征 的同时来提 高其显示效率 ，在简化过程中 ， 需要对消除裂缝 、Ｔ型连接和简化模 型误差度量等进行计算 。 本文给 出了一种无 需考 虑消除裂缝和 连接计算 的三维地形 生 成方法 ，依据地形纹理特 征 曲线 从低精度 网格地 形 向高精度
【 摘 要 】三 维地 形可视化 是虚拟环境漫 游研 究的一个重要 问题 ，通 常采 用高精度 网格 简化算 高显示效率 ，但在 简化过程 中需要 额外考虑消除裂缝 、连接 和误 差度量等计算 。文章 采用 了一种逆向方 法．即基 于图像纹理特征 网格 细分方法生成三 维地 形 ； 将含 有地形 高程纹理特征 的图像 映射到一个规 则初始 网格模 型 中， 根据
２１ ０ ０年第 ８期 （ 总第 １ ２期 ） ３
基于UCA模型的三维虚拟城市生成方法
3信息技术基于UCA 模型的三维虚拟城市生成方法文⊙王海鹰秦奋焦学军（河南大学环境与规划学院河南开封）摘要:从城市元胞自动机模型(U CA )的角度出发研究三维虚拟城市的自动化生成方法。
通过建立城市元胞自动机模型，模拟城市土地利用单元的演化过程，确定城市功能区。
以此做为控制数据确定建筑物模型的空间位置和相应类型。
利用Te r r a vi st a 和C r eat or 进行三维场景建模，利用O p enG V S 场景管理技术随机调用建筑物，并将其布设于三维场景的相应位置上，生成三维虚拟城市。
开发了三维虚拟城市自动化生成系统，并探讨了该系统在城市规划、城市研究等多个领域的应用潜力和价值。
关键词:城市功能区；城市元胞自动机；三维虚拟城市一、引言改革开放以来，我国城市发展迅速，城市化进程的速度达到了世界同期的两倍。
如何实现城市经济快速、可持续发展，成为当今人们密切关注的重大课题。
城市信息化作为城市发展的一个新方向，已经成了城市发展的“加速器”[1]。
数字化与信息化建设已经成为城市现代化建设的主流和趋势。
在城市化过程中，城市规划的作用显得尤为重要。
但是传统的城市规划手段显然无法适应城市信息化的发展。
三维虚拟城市的出现为城市规划人员提供了新的技术和手段[2]。
城市规划人员可以在一个三维虚拟的环境中，用动态交互的方式对规划城区进行全方位的审视，这是传统规划手段所无法达到的。
本文在三维虚拟城市基础上提出了城市自动化生成方法的研究。
以开封市汴西新区作为研究区域，以城市元胞自动机（U r b a n Ce l l u l a r Au t o m a t a ,UCA ）作为城市发展动力学模型，将城市新区规划作为城市模拟发展的框架，利用U C A 模型模拟城市各个时期城市发展状态，从而确定城市功能区。
通过VC 语言调用虚拟现实软件Op e n GVS 接口，完成了整个三维虚拟城市场景的载入，三维虚拟城市场景漫游控制的设计，以及对三维模型库的各种调用、硬件资源的优化、三维虚拟城市的动态生成及显示。
ue 地形实现方法
ue 地形实现方法地形实现方法是指在计算机图形学中，如何将三维场景中的地形信息表示出来并渲染到屏幕中。
地形表示了一个场景的地理环境，包括山脉、河流、湖泊、森林等自然地貌。
在游戏、虚拟现实、仿真等领域中，地形的逼真度对于提高用户体验和增加场景真实感非常重要。
地形实现方法可以分为两种：高度图法和网格法。
一、高度图法高度图法是最常用的地形实现方法之一。
它通过使用一个高度图来描述地面的高度信息。
高度图可以是一个灰度图像，其中每个像素的亮度表示该点的高度值。
比如，亮的区域代表较高的山脉，暗的区域代表低洼的平原。
具体的实现步骤如下：1.获取高度数据：可以使用数字地形数据、卫星数据、激光扫描数据等来获得地形的高度信息。
2.将高度数据转换为高度图：将获取到的高度数据转换为灰度图像，其中像素的亮度对应高度值。
3.生成地形模型：根据高度图生成地形模型，可以使用三角网格、四边形网格等几何结构来表示地形。
优点：-通过高度图可以快速生成地形，计算代价较低。
-简单易用，不需要很多额外的数据处理。
缺点：-地表的纹理贴图不够逼真，无法表达浮动层（如河水）等地貌细节。
-无法直接表示地面的斜坡和悬崖等陡峭地貌。
-由于高度图的分辨率限制，细节表达不够精细。
二、网格法网格法是一种更加复杂但精细的地形实现方法。
它通过在场景中创建一个由小型平面网格组成的网格模型，来表示地形的形状和细节。
具体的实现步骤如下：1.创建网格：使用三角形、四边形等基本几何形状来创建一个网格模型。
2.调整网格形状：通过改变网格的顶点坐标来调整地形的形状。
可以使用各种算法和技术来实现，如噪声函数、插值等。
3.绑定纹理：将纹理贴图绑定到网格上，使地形更加真实和具体。
优点：-可以表达地面的各种复杂陡峭地貌，如悬崖、斜坡等。
-可以获得更高的细节和精度，绘制出更真实的地形效果。
-可以方便地实现雨水、河流、湖泊等水域效果。
缺点：-计算开销较大，生成和渲染网格需要消耗较多的计算资源。
战场环境仿真中的三维地形生成技术研究
性、可行性比较高，已成为数字化部队的试验场和
战斗力倍增器 。战场环境仿真是作战仿真的重要内 容。逼真的战场环境实时仿真是作战仿真的基础。 受计算机硬件条件和有关技术发展水平所 限，实现 人规模战场环境的实 时视景仿真还 存在较 大的困
难。
在虚拟战场环境 的建模技 术研 究中我们主要
Ｋｅ ｏ ｄ ： ａ ｌ ｅｄ ｎ ｉ ｎ ｎ ｍｕａｉ ； ｒ ｉ ｇｎｒｔ ｇ Ｄ Ｍ ａ ； ｅ ｅ ｏ ｅａ （Ｏ ； ｌｇｎ ｙｗ ｒ ｓ ｂｔｅ ｌ ｅ ｖ ｏ ｍｅｔ ｉ ｌ ｏ ３ ｔ ａ ｅｅａ ｎ ； Ｅ ｄｔ Ｌ ｖ ｌ ｆ ｔ ｌ Ｄ）Ｍｕｔ ｅ ｉ ｆ ｒ ｓ ｔｎ Ｄ ｅ ｎ ｉ ａ Ｄ ｉＬ ｉ
ＣＨＥＮ ｎｇ Ｈｅ
（ Ｐ ｎ ｉ ｅｉ ｃ ｎ ｌｇ ｅｅｒｈ ｅ ｔ ， ｈ ｎ ｎｖｒｉ ， ｈｎ４ ０ ７ ； ｈｎ） Ｇ Ｓ ｇ ｅｒ ｇｔ ｈ ｏｏ ｙ ｓａ ｎ ｒＷｕａ ｉ ｓｙ Ｗｕ ａ ２ ０ ２ Ｃ ｉａ Ｅ ｎ ｎ ｅ Ｒ ｃＣ ｅ Ｕ ｅ ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ３ ｔｒａｎ ｇ ｎ ｒ ｔ ｇ ｐ ｏ ｌｍ ｈ ｌ ｂ ｒｔ ｅ ｏｖ ｄ ｉ ｅ ｍｏ ｅｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉ ｕ ｌ ｓｒ ｃ ： ｈ Ｄ ｒ ｉ ｅ ｅ ａｉ ｒ ｂｅ ｓ ａｌ ｅ ｆ ｓ ｒ ｓ ｌｅ ｔ ｄ ｌ ｈ ｏ ｏ ｙ ｒ ｓ ａｃ ｆｖｒ ａ ｅ ｎ ｉ ｎ ｈ ｎ ｅ ｔ
维普资讯
战场环境仿真中的三维地形生 成技 术研究 陈珩
２０ ０ ６年 ６月第 ３ ７卷第 ２期 （ 总第 １３期） ２
解决二维地形的生成 问题。地形 的生成涉及到地理 信息系统、 虚拟现实、战场环境仿真 、 娱乐与游戏、 地形的穿越飞行 、土地管理与利用、气象数据的可
三维分形地形生成技术综述
点， 自从 分 形 技 术 产 生 以来 ， 们 就 开 始 探 三 维 地 形 ， 景 生 成 技 术 也 达 到 了 地
一
这 是 一 种 传 统 的地 形 生 成 方 法 ． 是 利 用 常 它
１ ２ 利 用 分 形 技 术 生 成 三 维 地 形 ． １７ ９ ３年 ， 德 勃 罗 （ Ｂ Ｍａ ｄ ｌｒ ｔ在 法 兰 曼 Ｂ． ． ｎ ｅ ｏ ） ｂ
要 用 于 两 种 情 况 ． 是 根 据 地 学 图 形 数 据 的 精 确 一
描 述 ， 进 行 真 实 地 形 的仿 真 （ 来 ＴＤＭ ， ｉｉ ｌ ｔ Ｄ ｇｔ ａａ
工 程 ， 要 借 助 于 许 多 地 形 生 成 技 术 来 实 现 ， 文 需 本
将 重点介绍三维地形 分形生成技术 ．
１ 三 维 地 形 生 成 技 术
目前 ， 用 的 地 形 生 成 方 法 大 致 可 分 为 如 下 常
几种．
１ １ 利 用 曲面 来 生成 三 维 地 形 ．
中 图 分 类 号 ： ０ Ｐ２ ８ 文 献标 识码 ： Ｂ
Ｏ 引 言
地 形 仿 真 是 计 算 机 图 形 学 要 研 究 的 重 要 课
题 ， 实 际应 用 也 越 来 越 广 泛 ．目前 ， 形 仿 真 主 其 地
分段 线 性 近 似 ， 可 以保 证 相 邻 面 的斜 率 连 续 性 ， 仍
三 维 分 形 地 形 生 成 技 术 综 述
何方容， 戴光明
（ 国 地 质 大 学 （ 汉 ） 息 工 程 学 院 ， 北 武 汉 ， ３ ０ ４ 中 武 信 湖 ４０ ７）
摘 要 ：简 述 了 三 维 地 形 生 成 的 几 种 常 用 方 法 ． 点 介 绍 了 三 维 分 形 地 形 建 模 方 法 ， 对 利 用 中 点 位 移 法 生 重 并 成 三 维分 形地 形 图 的数学 模 型作 了具 体探 讨 ． 关 键 词 ：地 形 仿 真 ； 维 分 形 地 形 生 成 ；中 点 位 移 法 三
基于位图的三维地形景观生成
２ 算法 的基本原理
计 算机 中显示 的图形一 般 可 以分 为 两大类 一
主要产品之一。高精 度的 Ｄ Ｍ不仅可 以非常直 Ｅ 观地 展示 一个 地 区的地 形 、 貌 ， 地 而且 也为各 种地
Ｊｎ２ Ｏ ｕ ．Ｏ ７
Ｖ０． ４ Ｎｏ ３ １２ ．
文章编 号 ：０ ７—１８ （０ ７ ０ ０ ４ ０ １０ ３ ５ ２ ０ ） ３— ０ ９— ３
基 于位 图的三 维 地形 景 观 生 成
宋科宁 张 国栋 徐 蕾
（ 阳航空工业学院计算机学院 。 沈 辽宁 沈 阳 １Ｏ ３ ） １Ｏ４
形 的全貌 … 。
度越高 ， 数组存储 的是各采样点处的高程值 ， 而以
数 组格 式 存 储 的位 图 图像 数 据 则 是 该 点 的 像 素 值 ， 和位 图 有着 天 然 的 相 似性 。因 此利 用 地 形 这 位 图模 拟三 维地形 景 观具 有天 然 的优 势 。
１ 地形模型 的表现形式
维普资讯
２４ 年６ 期 Ｏ 卷 月 Ｏ 第２ ７ 第３
Ｊｕ ａ ｏ Ｓ ｅｙｎ ｓｔｔ ｏ 院学报 ｌ ｎｉ ｅｉｇ ｏｒ ｌ ｆ ｈｎ沈阳航 空工业学 ｅｏａｔ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｎ ａｇＩ ｔｕｅ ｆ ｒｎｕ ｃ ｎ ｎ ｎｉ Ａ ｉ
关键 词 ： 地形模型 ； 位图 ； 邻域运算
中图分类号 ：ｉ ９ ．１ Ｔｔ １４ ３ 文献标 识码 ： Ａ
三维真实感地形 图具有可视化度高、 存储查 询方便、 可实时生成等优点 ， 因此三维地形地貌 的 可视 化成 为地 理信 息 系统 、 拟现 实 和遥 感 系统 虚 的重要内容并且广泛用 于环境仿真、 数字城市和 战场模 拟 等领 域 。三 维地 形 的模拟 也成 为开发 可 视化 系统 中最 基 本 也是 最 重 要 的技 术 之一 ， 国 是 内外计算机图形学领域关注的热点 。 当前地 形模 型生 成 的方法 大致 有基 于分形 的 全 自动生成或半 自动生成 、 基于 曲面拟合 的地形 仿真、 基于真实数据 的地形生成等三种方法。基 于分形 和 曲面 拟合 的方法 很难 创建 和实 际地形 相 符的模型并且操作困难 ； 而对于普通用户， 又存在 着真实地形 数据难 以获取 的问题。针对 以上 问 题， 基于位图来生成地形景观成为一种简便 、 易于 实现且操作简单的方法。采用该方法具有 以下优
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中 围分类号： Ｐ９ Ｔ ３１
面 向虚 拟 环 境 的三 维地 形 生 成 方 法
韩 飞
（ 中国 电子科技集团公司第五十四研究所 ，石家庄 ０ ０ ８ ） ５０ １
摘
要： 针对断层算法所产生 的地形刻痕明显并且缺乏细节 的缺点 ， 出一种地 形生成方法 。使用断层算法 生成初 始的地形高度场来描绘 提
１ 概 述
地形是虚拟战场、 三维游戏等虚拟环境 的基本要素之一 。
矩形地形 区域 由 ｎ ｎ 网格点组成 ，在该地形 区域内随 Ｘ 个 机 生成一条直线 ，该直线将地形 区域分割为直线左 右两侧 的 ２ 个区域 ，对于位于左侧 区域 的地形 网格点 ，给其高度值增 加一 个偏移量 Ｈ 。然后减小 Ⅳ 的值 ，随机生成一条新 的直 线， 同样对位于 直线左侧 的地形 网格点 ， 将其高度值减少 Ｈ ， 形成一次迭代处理 。 在每次迭代过程中 ， 偏移量 的减小使用线性方式来计 算，并且 一般情 况下限定 Ｈ ≥０。设 ， 为第 ｉ 次迭代过 程中 的偏 移量 ， ｋ 为最 大迭代次数 ，并且偏 移量的上 限为 Ｈ
产 生具有一定真实感的地形 。这些方法各有 特点，其 中曲面 拟合和简单分形的方法存在着所产生的地形缺乏宏观 多样性 的缺点 ，而断层算法产生的地形虽然在 宏观上具 有多样性 ， 却在真实感和地形细节方面不甚理想。针对 该问题 ，本文 给
出了一种地形生成的算法 ，为地形增加丰富的细节 ，使 所产 生的地形具有较强的真实感。实验表明，使 用该 算法可 以快 速地产生细节丰富、真实感很强的地形。
ｏｆ ｅ ａ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｅ ｒｆｌ ｒｎ ｌ ｏ ｉ ｔ ｒ ｉ ， ｎ ｎ ａ ｌ ａ ｉ ｅ ｉ ｇ ａｇ ｒｔ ｈ ｎ ｔ ｈｍ ｓｃ ｎ ｔ ｔ ｄ ｔ ｍ ｏ ｔ ｈ ｅ ｇ ｔ ｅ ｄ ｔ ｌ ｉ ａ ｅｔ ｅ ｎ ｃ ． ｈｅｆ ａ ｔ ｌ ｔ ｄ ｉ ｐ ｔ ｎ ｏ ｕ ｅｔ ｄ ｉ ｏ ｓｒ ｅ ｏ ｓ ｏ ｈ ｔ ｅｈ ｉ ｈ ｌ ｏ ｅ ｉ ｎ ｔ ｉ ｋ Ｔ ｒ ｃ ａ ｈｏ ｓ ｕ ｔ ｓ ｏ ａ ｄ ｕｃ ｉ ｆ ｍ ｈ ｍｅ ｉ
第３ 卷 第 ｌ 期 ６ ９
正 ３６ Ｎｏ１ ．９
计
算
机
工
程
２１ ０ ０年 ｌ ０月
Ｏｃｏ ｒ ２ ０ ｔ ｂｅ ０１
Ｃｏ ｍｐｕｔ ｒ Ｅｎ ｎｅ ｒｎｇ ｅ ｇｉ ｅ ｉ
・开发研 究 与设计 术 ・
文章编号： ０ ３２（ １ ｌ ＿２１ ０ 文献标识码：Ａ １ｏ ＿ ４８ ｏ０ ９ ０６． ２ ２ ）＿ ＿
则有 ：
地形 的特点是随机性和复杂性的统一 ，使得用人工几何造 型
的方式来构造千变万化的地形变得非常困难 ，因此 ，如何 产 生具有真实感的地形成为一个富有挑战性的研究课题 。 近些年来 ，相关研究的学者提出了一些具有创造性 的地 形产 生方法。文献［．】 １ 分别使用曲面来 拟合地形 ，文 献［—】 ２ ３６ 使 用简单分形技术来产生地 形，而 文献［］ ７则使用断层算法 来
地形的宏观 轮廓 ，使用线性滤波算法对高度场进行平滑滤波处理 以消除地形刻痕 ， 使用分形算法对高度场进行迭代处理 以增加多 层次 的地 形细节。实践证 明，用该方法在 普通 Ｐ Ｃ平台上能够 生成真 实感较 强的地 形。 关健 诃：地 形生成 ；分形；断层算法 ；虚拟环境
Ｖｉｔ ｌ ｒ ｕａ Ｅｎｖ ｒ ｎｍ ｅ ｔｏ ｉ ｎ ｅ Ｄ ｒ ａ ｎ Ｇｅ ｒ ｔｏ ｅ ｈｏ ｉｏ ｎ ． ｒ ｅ ｔ ｄ ３ Ｔｅ ｒ ｉ ｎｅ ａ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｄ
ｍｕｔａ ｅ ｅ ｉ ｒｔｒ ｉ． ｈｓｍｅ ｄｒ ｓ ｌ ａｕａ ｔ ｒｉ ｔ ｒ ｈ ｄ ｔｉ ｎ ｅ ｌ ｙ Ｔ ｓ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｅｍｅｈ ｄ ｉ ｐ ａ ｔ ａ ｉ ｉ ｕ ｌ ｌｌｙ ｒｄ ｔ ｌ ｆ ａｎ Ｔ ｉ ｉ ａ ｓｏ ｅ ￣ｏ ｅｕｔ ｉ ｎ ｔｒ ｌ ｅ ａ ｗｉ ｉ ｅａｌ ａ ｄｒ ａ ｔ， ｅ ｔ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｔ ｔｏ ｓ ｒ ｃ ｃ ｌｎ ｖｒ ａ ｓｎ ｒ ｎ ｈ ｃ ｓ ｉ ｓ ｈ ｉ ｔ
Ｈ ＝１ｆ ） （一／ Ｈ
继续重复前面的过程 ， 直至得到足够层次的地形高度场。 图 ２给出了多次迭代得 到的结果 ，图像 中像素的灰度值 是对地形高度场 中对应 网格点的高度值映射 ，颜色越浅 的地
［ ｓ ａｔＡｉ ｎ ｔｈ ｕｔ ｆａ ｌｍｅｈ ｄ ｔｅｐ ｐｒ ｒｓｎｓ ｅ ｔｏ ｒｅｒｉ ｇｎ ｒｔ ｎ Ｆ ｕｔ ｔｏ ｓｄｔ ｅ ｅａｅ ｅｇ ｔ ｅｄ Ａｂ ｔ ｃｌ ｍｉｇａｔｅ ａ ｌｏ ｕｔ ｔｏ ，ｈ ａｅ ｅｅｔ ａ ｗ ｍｅｈ ｄｆ ｒ ｎ ｅ ｅａｉ ． ａ ｌｍｅｈ ｄｉ ｕｅ ｇ ｎｒｔｈ ｉｈ ｌ ｒ ｆ ｆ ｐ ｎ ｏｔ ａ ｏ ｓ ｏ ｉ ｆ
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