基于osg的溝壑區立體農業動態規劃可視化場景建立方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于農業規劃領域，具體涉及一種基于OSG的溝壑區立體農業動態規劃可視化場景建立方法。
【背景技術】
[0002]溝壑區，尤其是黃土丘陵，是黃土高原土壤侵蝕最為嚴重的區域，其顯著特征為梁峁交錯、溝壑縱橫。受地形控制影響，植被稀少，水土流失嚴重，如何依據地形地貌與水土流失規律，探討黃土丘陵溝壑區農村特色生態經濟發展模式，對促進地區生態建設與扶貧開發的規劃決策具有現實意義。因此，土地整治與利用領域專家希望借助于虛擬現實技術，實現對集生物(林、草、灌)措施、工程(集水窖等)措施和綜合調控措施于一體的“三帶六段”模式的立體農業中的調控、規劃的虛擬模擬，用于協調生態環境治理、資源開發利用和特色產業布局之間的關系。
[0003]OpenSceneGraph(OSG)是一個開源的跨平臺的場景圖形程序開發接口(API)，通過它，可以快速創建高性能、跨平臺的交互式圖形應用程序，支持GPU編程方法和延遲著色等先進的清染理念，適合大規模場景清染。隨著人們對虛擬現實中虛擬場景的真實度和快速處理要求也越來越高，OSG技術在虛擬現實領域的應用越來越廣泛。但是，在農業領域中，還沒有人采用OSG技術來進行農業規劃方面的模擬。
[0004]現有的流域場景三維模擬主要采用傳統的三維清染引擎OpenGraphics Library(OpenGL)進行渲染，由于其采用非面向對象的低階引擎和基本圖元的方法，對大規模農作物模型的渲染效率低下，不支持對場景中的大規模農作物模型的人機交互、動態裁剪功能，無法實時提供領域專家對立體農業“三帶六段”模式的有效調控和動態規劃。
【發明內容】
[0005]針對現有技術中在農業規劃模擬方面存在的不足，本發明的目的在于提供一種基于OSG的溝壑區立體農業動態規劃可視化場景建立方法，其利用實時動態交互控制實現逼真的立體農業規劃過程的景象，使得土地整治與利用領域專家在科學治理過程中具備極強的沉浸感和交互性，為其提供直觀、快速的動態規劃與決策支持。
[0006]本發明采用的技術方案如下:
[0007]基于OSG的溝壑區立體農業動態規劃可視化場景建立方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0008](I)構建目標溝壑區的三維地形模型；
[0009](2)構建農作物模型、農田模型和集水窖工程設施模型；
[0010](3)將所述步驟(2)中建立的各種不同模型加入到所述步驟(I)中構建的所述三維地形模型中；
[0011](4)進行場景渲染，建立導航圖進行場景漫游；
[0012](5)通過對不同模型的動態裁剪，根據領域專家的規劃調整各自的位置，實現對所構建場景的動態規劃與場景更新。
[0013]進一步地，在所述步驟(I)中，溝壑區模型輸出以png為格式的位圖(Bitmap)和貼圖(Map)。
[0014]進一步地，在所述位圖中置換強度設置為600，并在漫反射顏色、高光顏色、高光級別和凹凸處分別加以貼圖(Map)。
[0015]進一步地，所述步驟(2)中，采用整體貼圖的方式來建立農作物模型、農田模型和集水窖工程設施模型。
[0016]進一步地，建立麥子模型的步驟包括:用PhotoShop制作背景透明的麥子貼圖，再用材質球加入到3DSmax的模型上，以osg格式導出。
[0017]進一步地，所述步驟(3)具體包括以下步驟:
[0018](3.1)設置矩陣對象，根據立體農業規劃的農作物、農田和工程設施在所述三維地形模型的放置位置對矩陣對象的旋轉角度、半徑進行設置；
[0019](3.2)設置矩陣對象的坐標并調整矩陣對象的縮放比例；
[0020](3.3)將特定模型加入到設置好的矩陣對象中，最后將對象放置在所構建場景的既定位置。
[0021]進一步地，所述步驟(4)中場景渲染的過程包括:模擬光照和天空背景。
[0022]進一步地，所述步驟(5)具體包括以下步驟:
[0023](5.1)當鼠標箭頭在屏幕上進行操作時，在鼠標箭頭所處位置處設置一條垂直于屏幕的虛擬射線；
[0024](5.2)實時捕獲此虛擬射線相交于三維模型場景的交點，該交點即為鼠標在屏幕位置的二維坐標轉換為三維場景中對應的三維場景坐標；
[0025](5.3)獲取該交點的三維坐標，通過矩陣對象將鼠標所操作的模型以及鼠標所進行的操作施加到所構建場景的根節點中。
[0026]進一步地，鼠標所進行的操作包括:添加、刪除、移動以及旋轉。
[0027]技術效果
[0028]本發明的溝壑區立體農業動態規劃可視化場景建立方法，利用WorldMachine山體地形制作軟件進行溝壑區地形的制作，結合OSG技術進行場景模擬。在農作物模型、大規模農田模型構建時采用整體貼圖的方式可以避免丟失材質。此外，本發明采用射線投影的方式將鼠標的二維坐標轉換成模型的三維坐標，能夠通過鼠標操作進行農作物或其他模型在三維場景中移動、增加、刪除等各種操作。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明提供的基于OSG的黃土丘陵溝壑區立體農業動態規劃可視化場景建立方法的流程圖；
[0030]圖2為在本發明的方法中，將不同模型放置在對應三維地形場景位置的流程圖；
[0031]圖3為在本發明的方法中，將鼠標在屏幕的位置坐標轉換為可視化場景中對應的三維坐標的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]實施例1
[0033]現結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。如圖1所示，在本實施例中，本發明的場景構建方法主要包括以下步驟:
[0034]1、建立黃土丘陵溝壑區的三維地形模型。具體為:根據對黃土丘陵溝壑區顏色、溝壑走向、溝壑區深度等需求利用WorIdMachine山體地形制作軟件制作溝壑區的場景，將地形模型的圖像以png格式的位圖和貼圖導入3DSmax中，在場景位圖中加入置換修改器，將輸出位圖的置換強度設置為600，建立一個材質球，并在場景中漫反射顏色、高光顏色、高光級別和凹凸處分別加以貼圖(Map)，利用osgEXP插件導出osg格式的場景模型文件；
[0035]2、建立農作物模型、基本農田模型和集水窖工程設施模型，具體為:在3DSmax中制作立體農業規劃所需的適合生物防護林帶內規模種植的多種農作物模型、基本農田模型和集水窖工程設施模型，由于具有復雜結構的模型材質和貼圖在利用osgEXP插件格式轉換的時候會丟失材質，所以建立模型的時候采用整體貼圖的方式，尤其是農田模型中所需的麥子，先用PhotoShop制作背景透明的麥子貼圖，再用材質球加入到3DSmax的模型上，以osg格式導出，從而避免因為模型面數較多而在osgEXP轉換時失去紋理；
[0036]3、將步驟2中建立的不同類型的多個模型按立體農業規劃加入溝壑區三維地形主場景模型中。如圖2所示，該步驟的具體實施過程為:設置矩陣對象(需要說明的是“設置矩陣對象”是本領域的常規術語，指的是頂點矩陣類型的對象)，根據立體農業規劃的農作物放置