1、关于地形模型的浅述摘要：本文介绍了地形模型的概念以及三种分类。以虚拟环境为背景，对这几种地形模型进行了一个较为详细的介绍以及阐述。尤其对电子立体地形模型以及三维大地形模型进行了探讨，并着重说明了其在虚拟战场环境中的作用 关键词：大地形模型; 地形转换; 人文特征显示; 虚拟战场环境 中图分类号：P217 文献标识码： A 一、地形模型的概念 依地形资料制成的实地模仿造型或按立体效应制成的有立体视觉和形象的实地感观模型，统称为地形模型。地形模型,是地球内部构造的全部或一部分的缩形。它能把地表面上下的自然现象,如海陆分布、地势高低、地质构造等表示出来,也能把社会现象,如土地利用、植被分布、交通情况
2、和一切经济建设等也表示出来,体现出三度空间的“正确”关系。它是战术范围内研究利用地形常用的参照物。我国最早制作并用于作战研究，且多以就地取材的沙土堆制而成，故名日：沙盘，并沿用至今。随着摄影技术的发展，利用光学方法和立体效应技术，产生了视觉立体地形模型。近代，电子地图的出现，又产生了电子立体景观地形模型。它们各具特色，应用于不同情况下的地形研究。 二、地形模型的分类 地形模型按制作方式分为如下三种。 （一）沙盘根据地形图、航空像片或实地地形，按一定的比例尺，用泥沙、泡沫等材料制作的地形模型，谓之沙盘。按其使用材料和期限不同，又分为简易沙盘和永久性沙盘。简易沙盘多用沙土堆制而成，取材方便、制作简
3、单、现用现堆，经济实用，但供使用的期限较短。永久性沙盘多用泡沫塑料、石膏等材料制成，制作精细，宜于长期保存使用。为便于结合模型进行战术应用研究，还制作有兵棋， （是指军队标号图形的人员、兵器、地物等的模型棋子） 。沙盘是军事上运用最多的地形模型。据说，秦在部署灭六国时，秦始皇亲自堆制研究各国地理形势，在李斯的辅佐下，派大将王翦进行统一 战争。后来，秦始皇在修建陵墓时，在自己的陵墓中堆建了一个大型的地形模型。模型中不仅砌有高山、丘陵、城池等，而且还用水银模拟江河、大海，用机械装置使水银流动循环，可以说，这是最早的沙盘雏形，至今已有 2200 多年历史。 （二）视觉立体地形模型多用不同摄影位置拍摄
4、的具有共同影像的两张航空像片，采用立体效应技术，制作成能使观察者产生视觉立体的地形模型。按照像片立体观察的基本原理，若将构成立体像对的两张像片分别制成红、绿影像；观察者戴一付红、绿眼镜（色片的左右位置与像对相应）去观察像片，由于红、绿色互补，故可达到左眼看左眼、右眼看右眼的分像目的，从而使观察者产生视觉立体。称国互补色法。若将立体像对的影像分别通过两个偏正方向正交的偏正镜头投摄到屏幕上，而观察者戴一付偏正方向与两镜头相一致的眼镜去观察，则也能达到分像目的而得到视沈立体地形模型。称此法为偏正光法。视觉立体地形模型获得迅速、便于保管携带，但因不是实际地形模型，主要适用于单兵、小分队了解地形起伏形态
5、而用。 （三）电子立体地形模型以电子地图中数字地形模型数据为依据，利用计算机图形生成技术和相应软件而生成的能在屏幕上显示或由绘图仪绘出的透视立体图，称为电子立体地形模型。电子立体地形模型生成迅速，显示灵活。可在数分乃至数秒内按要求的观察位置、视角和垂直比例尺等参数及时显示。能叠加并动态显示作战情况（标号叠加显示）可较方便地与地形分析系统、作战模拟系统相联结。 三、电子立体地形模型 基本原理是：设想在空中以俯角观察地面，观察员者将感受到地面的立体景像；如果在垂直于观察方向上置一屏幕，显然地面诸点至视点的连线与投影面的交点构成的透视图像，与观察者获得的立体景像一致。若给每一像点以应有的灰度（色度）
6、值，那么即得生动的立体景观图像。据此，利用 DTM 数据和其他有关资料，依给定的参数值（视点位置和视角） ，经过坐标的透视变换，将地面的三维空间坐标变换为屏幕平面上的二维坐标，并自动消除被遮蔽的隐藏部分和裁剪处理，然后按光照数学模型算出并给予屏幕上各像点以不同灰度值或颜色；再叠加上其地形符号和注记，即可生成电子 立体声地形模型。 按产品样式的不同可分为：A：影像灰度立体模型 B：线画立体模型。电子立体地形模型，能生动地显示战场地形的立体景观，有利于地形分析和作战模拟。是巡航导弹选择航线的理想参照物；适于直升机选择近地飞行航线；便于按此选择侦察、回和穿插路线，并在行进中保持正确方向；事先通过对电
7、子地形模型的观察，可以建立沿途地形的起伏概念；对于地形复杂而容易迷失方向的地点和拐弯点，可预先绘制该处的立体景观图，以便于现地对照。 四、三维大地形模型 在当今我国的虚拟现实技术中，虚拟战场环境已经成为了一个极其重要的发展方向。其中三维大地形模型的生成和有效管理是虚拟战场环境的重要基础，并且随着计算机技术、三维图形技术与遥感技术的快速发展，利用数字地面模型（DTM）或数字高程模型（DEM） ，结合高清晰度卫星或航拍照片生成某区域的三维地形模型的方法，得到用户的充分肯定，已成功应用于战场模拟、地理信息系统、地形分析、铁路公路建设、气象数据可视化等众多领域。三维大地形模型的生成与管理技术主要涉及到
8、地形多分辨率表示、海量地形数据和纹理数据的分页管理、地形和纹理数据的 LOD 控制、地形和纹理数据的快速存取和更新等关键技术。尽管前人已做了很多这方面的工作，但真正实用且适合大范围三维地形的构建及其实时渲染的算法还不多。人文特征数据在地理信息系统（GIS）中使用比较广泛，数据也比较丰富，但主要还是集中二维的符号表达方式上，与三维大地形的结合还没有形成一个有效的方法和统一的过程。另一方面，随着计算机硬件和软件水平的不断提高，们对三维地形的真实性要求也越来越高。除了利用光照技术使三维地形有明暗显示外，通常为了提高三维地形的真实性，还可以添加图像纹理(如叠加卫星照片、彩色地形图等)、分形纹理(利用分
9、形产生植被和水系等)和叠加地表地物(道路、河流、建筑物等)。 三维大地形模型直接为虚拟战场环境视景仿真服务。然而，仿真的应用目的直接决定三维大地形模型所需的精细程度。如果仿真应用系统的侧重点在于作战方案评估，则作战模型及其数据的合理性就至关重要，不能有较大的偏差，否则就得不出正确的作战方案结论。但与指挥过程相关的模型可以适当简化。如果仿真应用系统的重点在于训练，则模型及其数据相对合理即可，因为训练的重点在指挥的过程。不同的训练用途也决定不同的模型精细程度要求。比如：用于训练飞行员的仿真应用系统与用于训练坦克的仿真应用系统相比，对模型的精细程度与侧重点要求都有比较大的差异。为此，我们在构建三维地
10、形模型之前，需要做的第一件事情便是进行仿真目的分析，得出仿真模型的应用需求。并由此选择合适的模型精细程度，以便以最小的代价，最大程度地满足用户的需求。 五、结语 本文着重介绍电力立体地形模型和三维大地形模型，这两种模型在虚拟战场与未来发展中具有不可估量的作用。文中展示了一个虚拟战场环境中电力立体地形模型和三维大地形模型的优势，它们具有逼真程度高、仿真性能好等优势，可以为模拟军演的进一步升级开发打下良好的基础。 参考文献 1 王林旭, 李思昆, 潘晓辉. 动态地形的实时可视化J. 计算机学报,2003, 26(11): 1524-1529. 2 张茂军. 虚拟现实系统M. 北京: 科学出版社, 2001. 3 王永明. 地形可视化J. 中国图像图形学报, 2000, 5(6): 449-456. 4 顾朝林, 段学军, 于涛方, 等. 论“数字城市”及其三维再现关键技术J. 地理研究, 2002, 21(1): 14-24. 5 胡晓峰. 军事仿真：概念、现状与发展J. 测控技术, 2000, 19(7):1-11.
