基于osg的沟壑区立体农业动态规划可视化场景建立方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农业规划领域，具体涉及一种基于OSG的沟壑区立体农业动态规划可视化场景建立方法。
【背景技术】
[0002]沟壑区，尤其是黄土丘陵，是黄土高原土壤侵蚀最为严重的区域，其显著特征为梁峁交错、沟壑纵横。受地形控制影响，植被稀少，水土流失严重，如何依据地形地貌与水土流失规律，探讨黄土丘陵沟壑区农村特色生态经济发展模式，对促进地区生态建设与扶贫开发的规划决策具有现实意义。因此，土地整治与利用领域专家希望借助于虚拟现实技术，实现对集生物(林、草、灌)措施、工程(集水窖等)措施和综合调控措施于一体的“三带六段”模式的立体农业中的调控、规划的虚拟模拟，用于协调生态环境治理、资源开发利用和特色产业布局之间的关系。
[0003]OpenSceneGraph(OSG)是一个开源的跨平台的场景图形程序开发接口(API)，通过它，可以快速创建高性能、跨平台的交互式图形应用程序，支持GPU编程方法和延迟着色等先进的清染理念，适合大规模场景清染。随着人们对虚拟现实中虚拟场景的真实度和快速处理要求也越来越高，OSG技术在虚拟现实领域的应用越来越广泛。但是，在农业领域中，还没有人采用OSG技术来进行农业规划方面的模拟。
[0004]现有的流域场景三维模拟主要采用传统的三维清染引擎OpenGraphics Library(OpenGL)进行渲染，由于其采用非面向对象的低阶引擎和基本图元的方法，对大规模农作物模型的渲染效率低下，不支持对场景中的大规模农作物模型的人机交互、动态裁剪功能，无法实时提供领域专家对立体农业“三带六段”模式的有效调控和动态规划。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中在农业规划模拟方面存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于OSG的沟壑区立体农业动态规划可视化场景建立方法，其利用实时动态交互控制实现逼真的立体农业规划过程的景象，使得土地整治与利用领域专家在科学治理过程中具备极强的沉浸感和交互性，为其提供直观、快速的动态规划与决策支持。
[0006]本发明采用的技术方案如下:
[0007]基于OSG的沟壑区立体农业动态规划可视化场景建立方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
[0008](I)构建目标沟壑区的三维地形模型；
[0009](2)构建农作物模型、农田模型和集水窖工程设施模型；
[0010](3)将所述步骤(2)中建立的各种不同模型加入到所述步骤(I)中构建的所述三维地形模型中；
[0011](4)进行场景渲染，建立导航图进行场景漫游；
[0012](5)通过对不同模型的动态裁剪，根据领域专家的规划调整各自的位置，实现对所构建场景的动态规划与场景更新。
[0013]进一步地，在所述步骤(I)中，沟壑区模型输出以png为格式的位图(Bitmap)和贴图(Map)。
[0014]进一步地，在所述位图中置换强度设置为600，并在漫反射颜色、高光颜色、高光级别和凹凸处分别加以贴图(Map)。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中，采用整体贴图的方式来建立农作物模型、农田模型和集水窖工程设施模型。
[0016]进一步地，建立麦子模型的步骤包括:用PhotoShop制作背景透明的麦子贴图，再用材质球加入到3DSmax的模型上，以osg格式导出。
[0017]进一步地，所述步骤(3)具体包括以下步骤:
[0018](3.1)设置矩阵对象，根据立体农业规划的农作物、农田和工程设施在所述三维地形模型的放置位置对矩阵对象的旋转角度、半径进行设置；
[0019](3.2)设置矩阵对象的坐标并调整矩阵对象的缩放比例；
[0020](3.3)将特定模型加入到设置好的矩阵对象中，最后将对象放置在所构建场景的既定位置。
[0021]进一步地，所述步骤(4)中场景渲染的过程包括:模拟光照和天空背景。
[0022]进一步地，所述步骤(5)具体包括以下步骤:
[0023](5.1)当鼠标箭头在屏幕上进行操作时，在鼠标箭头所处位置处设置一条垂直于屏幕的虚拟射线；
[0024](5.2)实时捕获此虚拟射线相交于三维模型场景的交点，该交点即为鼠标在屏幕位置的二维坐标转换为三维场景中对应的三维场景坐标；
[0025](5.3)获取该交点的三维坐标，通过矩阵对象将鼠标所操作的模型以及鼠标所进行的操作施加到所构建场景的根节点中。
[0026]进一步地，鼠标所进行的操作包括:添加、删除、移动以及旋转。
[0027]技术效果
[0028]本发明的沟壑区立体农业动态规划可视化场景建立方法，利用WorldMachine山体地形制作软件进行沟壑区地形的制作，结合OSG技术进行场景模拟。在农作物模型、大规模农田模型构建时采用整体贴图的方式可以避免丢失材质。此外，本发明采用射线投影的方式将鼠标的二维坐标转换成模型的三维坐标，能够通过鼠标操作进行农作物或其他模型在三维场景中移动、增加、删除等各种操作。
【附图说明】
[0029]图1为本发明提供的基于OSG的黄土丘陵沟壑区立体农业动态规划可视化场景建立方法的流程图；
[0030]图2为在本发明的方法中，将不同模型放置在对应三维地形场景位置的流程图；
[0031]图3为在本发明的方法中，将鼠标在屏幕的位置坐标转换为可视化场景中对应的三维坐标的流程图。
【具体实施方式】
[0032]实施例1
[0033]现结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。如图1所示，在本实施例中，本发明的场景构建方法主要包括以下步骤:
[0034]1、建立黄土丘陵沟壑区的三维地形模型。具体为:根据对黄土丘陵沟壑区颜色、沟壑走向、沟壑区深度等需求利用WorIdMachine山体地形制作软件制作沟壑区的场景，将地形模型的图像以png格式的位图和贴图导入3DSmax中，在场景位图中加入置换修改器，将输出位图的置换强度设置为600，建立一个材质球，并在场景中漫反射颜色、高光颜色、高光级别和凹凸处分别加以贴图(Map)，利用osgEXP插件导出osg格式的场景模型文件；
[0035]2、建立农作物模型、基本农田模型和集水窖工程设施模型，具体为:在3DSmax中制作立体农业规划所需的适合生物防护林带内规模种植的多种农作物模型、基本农田模型和集水窖工程设施模型，由于具有复杂结构的模型材质和贴图在利用osgEXP插件格式转换的时候会丢失材质，所以建立模型的时候采用整体贴图的方式，尤其是农田模型中所需的麦子，先用PhotoShop制作背景透明的麦子贴图，再用材质球加入到3DSmax的模型上，以osg格式导出，从而避免因为模型面数较多而在osgEXP转换时失去纹理；
[0036]3、将步骤2中建立的不同类型的多个模型按立体农业规划加入沟壑区三维地形主场景模型中。如图2所示，该步骤的具体实施过程为:设置矩阵对象(需要说明的是“设置矩阵对象”是本领域的常规术语，指的是顶点矩阵类型的对象)，根据立体农业规划的农作物放置