２０１０ ９，｝＿ＩＩ 北京联合火学学报（｝｛然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｏｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ） Ｓｅｐ．２０１０ Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．３ Ｓｕｍ Ｎｏ．８１ 第２４卷笫３期总８１期 ＰＣＩ在三维可视化中的应用 杨晏立 一，何政伟 ，管磊 ，邓碧平 ，黄学勤 （１．成都理ｌ 大学地质灾霄防治 地质环境保护国家重点实验室，成都２．成鄙理Ｌ大 地球科学学院，成都６１００５９； ６１００５９： ３．成都胖¨Ｊｌ 大学核技术与自动化＿Ｔ程学院，成都６１００５９） ［摘 要］ 以自治区桑日县为例，在ＰＣＩ图像处理软件中，将中巴地球资源卫星（ＣＢＥＲＳ）采 集的遥感影像数据经过预处理后叠加到格网ＤＥＭ上形成水平三维场景。操作中通过调整观察 参数，达到理想的三维可视化效果。着重介绍了ＦＬＹ！模块中三维飞行的实现步骤，对用户运用 ＰＣＩ软件完成三维可视化起到指导性作用。 ［关键词］ＰＣＩ；三维可视化；中巴资源卫星；格网ＤＥＭ；桑日县 ［中图分类号］ ＴＰ ７５１ ［文献标志码］ Ａ ［文章编号］ １００５－０３１０（２０１０）０３—００４７－０４ Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ３ Ｄ Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｗｉｔｈ ＰＣＩ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ＹＡＮＧ Ｙａｎ—ｌｉ ’ ，ＨＥ Ｚｈｅｎｇ—ｗｅｉ ＇ ，ＧＵＡＮ Ｌｅｉ ，ＤＥＮＧ Ｂｉ—ｐｉｎｇ ，ＨＵＡＮＧ Ｘｕｅ．ｑｉｎ （１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｇｅｏｈａｚａｒｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１ ００５９，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６ １ ００５９，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ Ｓａｎｇｒｉ Ｃｏｕｎｔｙ，Ｔｉｂｅｔ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ＣＢＥＲＳ，ｉｓ ａｄｄｅｄ ｔｏ ｔｈｅ Ｇｒｉｄ ＤＥＭ ｗｉｔｈ ＰＣＩ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｌｅｖ－ ｅｌ ｓｃｅｎｅ ｉｓ ｆｏｒｍｅｄ．Ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｉｄｅａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ３ Ｄ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｓｔｅｐｓ ｏｆ ３ Ｄ ｆｌｙ—ｔｈｒｏｕｇｈ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＦＬＹ！Ｍｏｄｕｌｅ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ． Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｃｏｕｒｓｅ ｐｌａｙｓ ａ ｇｕｉｄｉｎｇ ｒｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ３ Ｄ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｂｙ ＰＣＩ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＣＩ；３ Ｄ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ；ＣＢＥＲＳ；ｇｒｉｄ ＤＥＭ；ｓａｎｇｒｉ ｄｏｕｎｔｙ ０ 引言 世界的本原是处在三维空间中的，因此三维可 户提供了一种对大型数据库进行实时漫游操作的 途径。在虚拟环境下，用户可以建立和管理三维地 形，创建稳定的盘旋观察方式，或是自定义三维飞 行路径，在飞行过程中调整所有观察参数，并将飞 行画面输出为视频文件格式。 通过将二维遥感影像叠加在数字高程模型 （ＤＥＭ）上，从而实现三维可视化，快速再现区域景 观特征，准确反映地形地貌特点。三维可视化的实 视化技术已经成为众多ＧＩＳ应用中的重要组成部 分¨ 。通过三维可视化技术提供的虚拟的地形表 面，用户可以在更自然、更现实化的环境中获取更 多的地面环境信息，从而对该地区的周边环境进行 探测、评估和治理 。 ＰＣＩ遥感图像处理软件中的Ｆｌｙ！模块是一个 全方位可视的准实时三维“图像飞行”软件包，给用 【收稿日期］２０１０—０１一Ｏ９ 现流程如图１所示。 ［基金项目］ 国家科技支撑计划项目（２００８ＢＡＫ４９Ｂ０２） ［作者简介］ 杨晏立（１９８５一），男，江苏无锡人，成都理工大学硕士研究生，主要研究方向为遥感技术应用。 ４８ 北京联合大学学报（自然科学版） ２０１Ｏ年９月 原始的波段合成对于非专业人员的判读较为 困难，同时工作中需要直观简洁的影像，要进一步 的调整色彩 。加之为了提高影像的视觉效果，消 除薄云和阴影等噪音，采用编辑直方图查找表（Ｅｄｉｔ ＬＵＴｓ）的方法对影像进行假彩色调节。 ２．２ 格网ＤＥＭ生成 地形图数字化方法生成的ＤＥＭ成本低、精度 高，矢量化１：５万数字地形图并对其赋予高程属性 值，得到矢量高差为２０ ｍ的等高线。运用ＰＣＩ的 图１ 三维可视化实现流程图 １研究区域和研究数据 自治区桑｝｛县隶属山南地区管辖，总面积 ２ ６３８平方公里，距省会拉萨２３０公里。桑日县地处 冈底斯山南麓，雅鲁藏布江中游河谷地带，平均海 拔４ ０００多米，地势南低北高。由于高原地区空气 稀薄、山高沟深、交通不便等因素，利用遥感技术进 行三维可视化分析成为最快捷、直观的手段。 遥感数据覆盖桑日县全境，由中巴地球资源二 号卫星（ＣＢＥＲＳ－０２）于２００５年１２月６日采集获 得。与ＣＢＥＲＳ一０１相比，ＣＢＥＲＳ一０２可以提供更加 可靠、及时的遥感影像数据，应用于农、林、牧、水 利、地矿、测绘、海洋、环境监测、灾害监测、气象、交 通选线等国民经济众多领域 。 高精度ＤＥＭ可由３种方法生成：１）利用地形 图数字化求得；２）利用立体像队（具有立体效果的 航片、卫星图像等）使用专门的软件求得；３）利用 干涉雷达图像处理技术求得 。 ２数据预处理 ２．１ ＣＢＥＲＳ遥感影像预处理 选用ＣＢＥＲＳ影像近红外（ｎｅａｒ—ｉｎｆｒａｒｅｄ）、红 （ｒｅｄ）、绿（ｇｒｅｅｎ）３个波段分别对应Ｒ、Ｇ、Ｂ ３个通 道。在ＰＣＩ ８．２．０的ＧｃＰｗｏｒｋｓ模块中，将合成后 的ＰＣＩＤＳＫ文件（ ．ｐｉｘ）同山南地区地形图作几何 校正，采用多项式拟合法，要求地面控制点的点位 准确、分布均匀，控制点的数量能满足所选多项式 的要求。校正后的ＣＢＥＲＳ影像采用克拉索夫斯基 （Ｋｒａｓｏｖｓｋｙ）１９４０地理坐标系和６。分带的高斯一 克吕格（Ｇａｕｓｓ—ＫｒＯｇｅｒ）投影坐标系，用桑日县行政 区划界裁剪校正后的遥感影像。 ＯｒｔｈｏＥｎｇｉｎｅ模块，在Ｉｍｐｏｒｔ＆Ｂｕｉｌｄ ＤＥＭ工具栏中 点击ＤＥＭ ｆｒｏｍ Ｃｏｎｔｏｕｒｓ键，通过选项设置，确定输 出ＤＥＭ文件的属性。点击Ｇｅｎｅｒａｔｅ ＤＥＭ键后建 立出２０ ｍ分辨率的格网ＤＥＭ。 ３ 三维可视化在ＦＬＹ！模块中的实 现 打开ＦＬＹ！模块后在主面板上点击Ｆｉｌｅ—Ｌｏａｄ ＤＥＭ＋ＲＧＢ以加载高程数据和彩色影像，如图２所 示，选择高程数据后，可以设置其光滑程度（Ｅｌｅｖａ－ ｔｉｏｎ Ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）；选择彩色影像后，可以设置其增强 方式（Ｃｏｌｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）。在对话框的下端可以 设置像元的大小（Ｐｉｘｅｌ Ｓｉｚｅ）和高度（Ｐｉｘｅｌ Ｈｅｉｇｈｔ）， 在三维可视化实现后也能在主面板（图３）的下拉 菜单中调整各项观察参数。 ‰蘸 鬣 ， 、 甑 ｔ酥 《 ｌ 搿 姆 ｌ辑 ～一～ 一一一一一 一… 一 一～… …－ － 一－赫 嘲 ｜ 蚺 豁蜷 ｓ趣懿 。 一 ≯ ｌ臻鹋 殴 。 一 。 ｔ避诅墙酶 一一ｔ － 蔷矗 媳ｅ舔 ．Ｉ 宅疆神毫豳酶ｅ辅 斌 酶 叠茬ｌ 一 丧 蚺 ～～…－－ 一…一一一一 … 一… 一 一 一一 一～ ｜… 蠕嘛 罐捆 孙 娃≈舔 。 薯 ∞ 一｜ ＿。 。≈ 矗ｌ删 。 。｝。 毫站． －…… 一 ～ ～一一… ～一……ｒ 一－ － 一 一 “一…… …－ － … ・ 冁 鼍｜ｌ诲 ｓ张 ｔ ｔ 誊 强 镑 峨 ｜ §撕 。 一 ０ ｜ ｋ Ｅ ％ 一 一～一¨－一～ 一… 一 －一…一一 ＿ Ｉ 聃 诹 舔 。 辕■■ 虹 啦薯 精囊 鬈■■｝ｌ譬 ｚ 稚 舔 ■ 薯 ０。ｔ ■｜ｌ 一 铂麟砖 毫■≯｜ｌ 蕾毫｜誊薯 ■■一＿＿ ■ ■一 图２ Ｌｏａｄ Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｌｏｒ对话框 当显示窗口显示水平三维场景后，点击主面板 上的Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐａｎｅｌ图标后可直观地进行 第２４卷第３期 杨晏立等：ＰＣＩ在三维可视化中的应用 ４９ 图３ ＦＬＹ！主面板 位鹭控制、方向控制、飞行高度和飞行速度控制。 Ｕｓｅｒ Ｆｒｅｅ Ｆｌｉｇｈｔ图标则可实现自由向前飞行，此时 用户向左、向右拖动鼠标即可改变飞行方向。用户 通过主面板的下拉菜单能更精确地控制三维场景 的浏览： １）Ｅｄｉｔ－－－￣Ｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｓｐｅｅｄ，Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，设定观察视 点的位置坐标、观测高度、方位角度、飞行速度。 ２）Ｅｄｉｔ－－－￣Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ Ｓｉｚｅ，可改变显示窗口的长 宽大小。 ３）Ｅｄｉｔ－￣Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ，是对三维视图的控制，包 括高程夸张系数、水平倾斜角度、像元夸张系数、视 域角度。 ４）Ｅｄｉｔ一３Ｄ，调整焦距、基准线。 ５）Ｆｉｌｅ－－￣Ｓａｖｅ Ｒｅｎｄｅｒｅｄ Ｉｍａｇｅ Ｔｏ Ｆｉｌｅ，将当前 三维视图保存为图片格式。 ６）Ｆｉｌｅ—Ｌｏａｄ Ｖｅｃｔｏｒｓ，叠加矢量图层来提高仿 真效果，比如识别重要区域，避开特殊建筑物，添加 视觉效果线，展示电力走廊、铁路和地名等 。 ７）Ｏｐｔｉｏｎｓ－－￣Ｖｅｃｔｏｒｓ，对加载的矢量图层进行 显示没置。 ８）Ｏｐｔｉｏｎｓ－￣ＨＵＤ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，可激活显示窗 口左上方的配置显示，能显示当前的视点坐标、观 测高程、飞行速度和方向。 ９）Ｏｐｔｉｏｎｓ－－－￣Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ，三维视图的显 示质量有锐化（Ｂｌｏｃｋｙ）、适中（Ｆｉｔｔｅｄ）、平滑 （Ｓｍｏｏｔｈ）三种可选。 １０）Ｏｐｔｉｏｎｓ－－￣Ｆｏｇｇｉｎｇ Ｍｏｄｅ，降雾模式可用来 模拟在不利天气条件下的场景漫游，用户可选择无 雾（Ｎｏｎｅ）、轻雾（Ｌｉｇｈｔ）、中雾（Ｍｅｄｉｕｍ）、大雾 （Ｈｅａｖｙ）进行模拟。 １ １）Ｏｐｔｉｏｎｓ－￣Ｒｅｎｄｅｒ Ｍｏｄｅ，可选择以三维浮雕 形式显示地形。 主面板上的４个方形图标的后２个主要是用 来创建和完成三维飞行计划的。点击Ｎａｄｉｒ Ｖｉｅｗ 图标，打开显示二维图像的Ｎａｄｉｒ Ｗｉｎｄｏｗ窗口；点 击Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｔｈ Ｅｄｉｔｉｎｇ图标，出现的Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｎｅｌ面板 可记录飞行节点，在二维图像上点击选择飞行节点 的位置，点击Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｎｅｌ窗口的Ａｄｄ键记录飞行 节点的坐标，如图４所示，沿雅鲁藏布江顺流而下 添加飞行节点。 （ａ）Ｎａｄｉｒ Ｗｉｎｄｏｗ窗口 （ｂ）Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｎｅｌ面板 图４建立飞行路径 添加节点完毕后选中Ｓｍｏｏｔｈ Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｔｈ，飞行 路径会在这些节点之间进行平滑内插处理，Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｎｅｌ面板上的Ｃｌｅａｒ键、Ｕｐｄａｔｅ键、Ｉｎｓｅｒｔ键、Ｄｅｌｅｔｅ 键可用作对飞行节点的修改。播放三维飞行就如 传统的ＶＣＲ一样控制播放的速度和进退。通过 ＦＬＹ！主面板上 ｌｅ—Ｓａｖｅ Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｔｈ可保存建立 好的飞行路径至文件夹，以备将来使用。 ５０ 北京联合大学学报（自然科学版） 在飞行路径建立完善之后，生成一帧一帧的视 频图像创建循环轨迹，使三维视图沿飞行路径自动 ≤ ｔ器 循环播放。点击Ｆｌｉｇｈｔ Ｐａｎｅｌ面板底部的Ｇｅｎｅｒａｔｅ Ｐ。ｅｒ ｅ １ｌ箍 ■藉 Ｍｏｖｉｅ Ｌｏｏｐ键，打开Ｍｏｖｉｅ Ｌｏｏｐ Ｆｒａｍｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ对 ｌｔｒ￣，￣ｔ ｓ ’ 嫩ｔ毫 镊 活框，如图５（ａ）所示。 馨 畦 ｆａｔ＂铂 墙鼍 靠 ｔ 稻 菇 鞲 稽黼■■■■■■■■■■■ 。 侄Ｆｉｌｅ Ｆｏｒｍａｔ一栏中可选择输出各种格式 葛 《 强 《｛ 豁 ｊ （ＢＭＰ、ＪＰＥＧ、ＰＰＭ、ＴＡＲＧＡ、ＴＩＦＦ）的图片或输出视 频文件，如图５（ｂ）所示。在Ｆｒａｍｅｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ中 确定输出帧速，帧速越大，生成的三维图片就越多， （ａ）Ｍｏｖｉｅ Ｌｏｏｐ Ｆｒａｍｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ对话框 生成的视频文件播放时就越为平滑流畅。 ４ 结束语 二三维可视化处理技术是诸多应用领域切实需 要的，已被广泛运用于各个方面，在如农林、军事、 生态评估、环境评价、野外地质区调、水电工程设汁 等领域发挥着举足轻重的作用。尤其是针对环境 条件较为恶劣的高原地区，虚拟的三维场景帮助科 考人员获取宏观的地面环境信息，从而能更准确地 评价高原地区的地形地貌及环境特征。应用ＰＣＩ 软件生成三维可视化效果的全过程可为用户提供 （ｂ） 三维可视化视图 可行的操作参考。 图Ｓ生成视频循环 ［参考文献］ ［１］ Ｊｔｉｒｇｅｎ Ｄｆｉｌｌｎｅｒ，Ｋｌａｕｓ Ｈｉｎｒｉｃｈｓ．Ａｎ ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ ３ Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ＧＩＳ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ａｎｄ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，２０００，２６（１）：６６—６７． ［２］ 王颖，宫辉力，赵文吉，等．黄河流域三维地形Ｉ毛行模型开发的技术流程 ｌｊ方法［Ｊ］．测绘科学，２００５，３０（５）：７３—７４． ［３］ 陈宜元．中巴地球资源一卫星与应用［Ｊ］．航天返叫与遥感，２００１，２２（１）：８—９． ［４］ 杨武年，廖崇高，濮国粱，等．数字 凋新技术新方法——遥感图像地质解译＿Ｊ维可视化及影像动态分析［Ｊ］．地质通 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