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三維地形交互式編輯1中點(diǎn)移位細(xì)分1.1細(xì)分方法海拔柵格數(shù)據(jù)是具有細(xì)節(jié)特征和統(tǒng)計(jì)自相似特性的分形曲面。細(xì)節(jié)特征通過(guò)隨機(jī)來(lái)獲得，而表面屬性控制由細(xì)分方法和遞歸插值算法來(lái)把握。海拔柵格一般用于地表網(wǎng)格、云彩和巖石等紋理圖像生成，凹凸紋理計(jì)算和幾何紋理生成等多個(gè)用途。隨機(jī)表面的細(xì)分方法可以用于任意網(wǎng)格，但一般主要以三角網(wǎng)和四邊形網(wǎng)為主，四邊形網(wǎng)在很多應(yīng)用中較為方便。三角高度網(wǎng)格和四邊形高度網(wǎng)格1三角網(wǎng)的隨機(jī)中點(diǎn)移位方法對(duì)正常三角形（三條邊的比值位于一定范圍內(nèi)）和狹長(zhǎng)三角形，或者對(duì)于較長(zhǎng)邊或邊上細(xì)分方法和三角形中心點(diǎn)分割算法。使用邊遍歷算法，先處理所有邊的細(xì)分，之后按照三角形遍歷并根據(jù)該三角形的細(xì)分點(diǎn)確定連線方式?；谶叺募?xì)分方法基于內(nèi)點(diǎn)的細(xì)分方法只使用內(nèi)點(diǎn)的細(xì)分會(huì)產(chǎn)生狹長(zhǎng)三角形。2四邊形網(wǎng)的隨機(jī)中點(diǎn)移位方法對(duì)于狹長(zhǎng)四邊形，可以使用邊分割方法將其分成兩個(gè)四邊形。也可以使用先用 square 數(shù)據(jù)生成 diamond 數(shù)據(jù)，之后再用 diamond 數(shù)據(jù)生成 square 數(shù)據(jù)。 建立在等距四邊形網(wǎng)格上的隨機(jī)中點(diǎn)移位海拔柵格。 建立在任意尺寸上的四邊形網(wǎng)格的隨機(jī)非中點(diǎn)移位海拔柵格。非中點(diǎn)移位是使用目標(biāo)網(wǎng)格間距控制細(xì)分的自適應(yīng)遞歸控制算法。原則上可以按單步或兩步進(jìn)行任意中間位置的分割，并按照雙線性插值求取平均高度和隨機(jī)數(shù)范圍。3任意網(wǎng)格的隨機(jī)中點(diǎn)移位方法凹多邊形和帶有空洞的多邊形依據(jù)頂點(diǎn)劃分為凸多邊形或三角形。對(duì)凸多邊形的幾何中心點(diǎn)按照平均法向進(jìn)行限定隨機(jī)移位。接著在多邊形邊界上選擇邊創(chuàng)建分點(diǎn)，此時(shí)要相應(yīng)地處理鄰接的另一個(gè)多邊形并使用該點(diǎn)為邊上分點(diǎn)?；蚴褂枚噙呅蔚默F(xiàn)有頂點(diǎn)，則不需要考慮相鄰多邊形。使用最多的是任意三角剖分或四邊形剖分表面或?qū)嶓w，被劃分的邊必須雙側(cè)翼（無(wú)向前或向后翼）和長(zhǎng)邊，中點(diǎn)位于邊的中點(diǎn)，平局高程是線的平均法向上含兩翼各點(diǎn)的均值，并在該向量上進(jìn)行隨機(jī)位移處理。不規(guī)則石頭可以用此方法建模。4具備自拼接特性的規(guī)范四邊形網(wǎng)的隨機(jī)中點(diǎn)移位方法規(guī)范四邊形網(wǎng)是具有形如的四邊形網(wǎng)格?？紤]到計(jì)算速度和非重復(fù)的表面規(guī)模，一般可選用256256柵格。為了能較好的進(jìn)行自拼貼，右側(cè)和下側(cè)邊界的坐標(biāo)分量為256整數(shù)倍的坐標(biāo)分量值將回繞到0坐標(biāo)分量值。1.2種子網(wǎng)格的產(chǎn)生1由跨距span構(gòu)造M0N0陣列初值，可選用行列序或?qū)有虬才烹S機(jī)數(shù)使用的順序格局，并且一般要求span是和的公因子。隨機(jī)種子網(wǎng)格各點(diǎn)的隨機(jī)值大小和式樣受隨機(jī)數(shù)種子srand以及隨機(jī)數(shù)范圍lrand和hrand限定。由于計(jì)算機(jī)所使用的隨機(jī)數(shù)都是偽隨機(jī)數(shù)，因此可以使用不同的隨機(jī)數(shù)模型，如：隨機(jī)數(shù)種子模型1：模型2：，此時(shí)使用的參數(shù)和隨機(jī)值均為整數(shù)。模型3：混沌映射模型。假設(shè)隨機(jī)數(shù)范圍為（0,1），則每點(diǎn)的高程。2由任意圖像的小尺寸灰度圖（可經(jīng)采樣、馬賽克或變換處理）轉(zhuǎn)換為高度柵格。該方法的好處是可以選擇性使用圖像的某種特征作為高度網(wǎng)格的基本式樣。3由重疊IFS或可加入某種隨機(jī)性所產(chǎn)生的低分辨率分形集作為初始種子網(wǎng)格。4由隨機(jī)生長(zhǎng)方法獲取（在0平面上由一個(gè)或多個(gè)種子點(diǎn)，按指定的生長(zhǎng)法則產(chǎn)生）。此時(shí)為任意網(wǎng)格（低分辨率或高分辨率），為了能進(jìn)行自適應(yīng)細(xì)分，需要建立光柵格式。5由經(jīng)顏色表轉(zhuǎn)義的混沌圖形的灰度圖像轉(zhuǎn)化為高程圖給出。6由隨機(jī)幾何圖形與顏色疊加方法合成。7用連續(xù)隨機(jī)疊加的方法。8用數(shù)學(xué)曲面法（包括樣條曲面）。種子網(wǎng)格可以與目標(biāo)網(wǎng)格具有相同的尺寸?？梢詫?duì)種子?xùn)鸥駭?shù)據(jù)進(jìn)行編輯，也可以對(duì)目標(biāo)柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。通過(guò)對(duì)種子?xùn)鸥竦木庉?，可以把握地形?shù)據(jù)的基本式樣。1.3細(xì)分模型細(xì)分一般是在種子網(wǎng)格的基礎(chǔ)上進(jìn)行，也可以回退到高層（廢棄部分?jǐn)?shù)據(jù)）。1隨機(jī)中點(diǎn)移位方法將隨機(jī)數(shù)范圍與粗糙度因子相結(jié)合：，其中k是細(xì)分層次。對(duì)細(xì)分的結(jié)果按照將目標(biāo)網(wǎng)格數(shù)據(jù)調(diào)整到之間。可選擇平滑處理，使表面接近常規(guī)的丘陵地形式樣。也可選擇增加目標(biāo)網(wǎng)格最低限制，可形成大面積平整區(qū)域的地形特征。2表面插值或光滑細(xì)分方法使用三線性、三立方插值，切角等方法在種子網(wǎng)格的基礎(chǔ)上形成平滑表面。1.4高度變換1高程映射方法：區(qū)間（-128, 127）上的連續(xù)映射上的自映射：上的自映射上的自映射三角函數(shù)上的自映射：上的自映射：上的自映射：2離散自映射（即上的一個(gè)置換，也可以映射到的一個(gè)子集上）3顏色表轉(zhuǎn)換（即將高程值作為顏色索引，并通過(guò)顏色表將對(duì)應(yīng)的顏色轉(zhuǎn)換為灰度值，即高度）4其它方法（如油畫處理、矩陣變換等）2海拔柵格的編輯方法移位面編輯（細(xì)化后的曲面）：按粗網(wǎng)格、均衡曲線、隨機(jī)表格數(shù)據(jù)、細(xì)分算法和插值方法控制的曲面。移位面的作用是為表面構(gòu)造細(xì)致的幾何紋理?；A(chǔ)面編輯（032767）：使用不同大小的指數(shù)面頂曲面按微量堆積和挖掘的方法進(jìn)行編輯（初值為0）。基礎(chǔ)面的作用是構(gòu)造任意形狀地形（如巖洞等）的粗網(wǎng)格面。將移位面和基礎(chǔ)面進(jìn)行疊加而得到最終的柵格。圖形編輯工具：頂點(diǎn)編輯、點(diǎn)模式、點(diǎn)大小、均衡曲線、清空基礎(chǔ)面、重新生成移位面（重建隨機(jī)表格，可選擇保留粗網(wǎng)格）、改變目標(biāo)柵格尺寸（用插值保留編輯數(shù)據(jù)）、改變顯示類型（山、云、石紋）、推拉工具等。上下閥值限定、上下閥值翻轉(zhuǎn)、中間定向翻轉(zhuǎn)，多邊形區(qū)域上的參數(shù)修改、光順、銳化，提升和沉降多邊形（開(kāi)或閉的直線或曲線），含力學(xué)模型的堆積（如噴砂）和挖掘，風(fēng)蝕和水洗方法，打磨石、侵蝕刷（依據(jù)尺寸和強(qiáng)度），對(duì)于紋理解釋可修改伴隨的顏色表對(duì)柵格的理解做進(jìn)一步調(diào)整，多邊形區(qū)域上的連續(xù)隨機(jī)增加，兩個(gè)地形數(shù)據(jù)的非對(duì)稱個(gè)性化插值，通過(guò)非規(guī)則幾何的運(yùn)動(dòng)掃略方式進(jìn)行的增減操作等。可對(duì)任意的空間三角和四邊形混合網(wǎng)（可封閉為體）進(jìn)行隨機(jī)中點(diǎn)移位處理。網(wǎng)格的控制點(diǎn)為粗網(wǎng)格點(diǎn)，網(wǎng)格的平面看成基礎(chǔ)面，隨機(jī)表位于紋理坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的表面點(diǎn)（要求具有自拼貼屬性）的合成效果。隨機(jī)表面總是依據(jù)頂點(diǎn)法向進(jìn)行幾何貼圖，頂點(diǎn)法向也可以讓平面真正地鼓起來(lái)。為海拔柵格及空間表面預(yù)定義了多種細(xì)分算法。細(xì)分這種曲化算法可以用于海拔柵格的基礎(chǔ)面編輯。多種隨機(jī)移位細(xì)分方法來(lái)構(gòu)造移位面，可用路徑劃分出不同的區(qū)域并各自使用獨(dú)有的細(xì)化參數(shù)和模型，來(lái)構(gòu)造多種表面的組合面。粗網(wǎng)格點(diǎn)以及細(xì)分一次、二次等的點(diǎn)，對(duì)最終柵格的貢獻(xiàn)依賴于均衡曲線。正常情況下，粗網(wǎng)格的隨機(jī)值要重要得多，其變化要影響周邊的四個(gè)粗網(wǎng)格區(qū)域，而最抹一層細(xì)分產(chǎn)生的網(wǎng)格點(diǎn)的變化只影響本身一個(gè)點(diǎn)。用不同顏色區(qū)分粗網(wǎng)格、一階網(wǎng)格、二階網(wǎng)格及其它層細(xì)分網(wǎng)格（用灰色），即網(wǎng)格的頂點(diǎn)編輯允許任意點(diǎn)（關(guān)于層和均衡曲線）的受限修改。2.1整體編輯和局部編輯基于256256自拼接海拔柵格的整體編輯是按照坐標(biāo)回繞方式同等地處理每一個(gè)頂點(diǎn)。局部編輯一般有層次點(diǎn)修改和區(qū)塊（22、44等等）修改，并且一般要按照作用強(qiáng)度模式進(jìn)行改變（與整體編輯相比，方法相同，強(qiáng)度控制方式不同）：局部編輯首先通過(guò)選擇模式把鼠標(biāo)光標(biāo)位置的拾取矩形（22或55等）獲取幾何圖形的坐標(biāo)確定編輯區(qū)域（圓或矩形，用二維數(shù)組）：typedefstruct _collect intx:10;/ x坐標(biāo)intz:10;/ z坐標(biāo)intw:8;/ 四叉樹的半寬（半徑）intdir:4;/ 四個(gè)方位占2位，每個(gè)方向的兩片各占1位（01，10，11） COLLECT;先獲取光標(biāo)所拾取的三角形，再根據(jù)相機(jī)位置與鼠標(biāo)點(diǎn)的射線方程與三角形的交點(diǎn)在三角面上反算出最近的坐標(biāo)點(diǎn)。2.2編輯算法1光順：矩陣、卷積矩陣、切角、一次（一階）和三次（三階）。2銳化（粗糙化）：在局部均值上確定理解的隨機(jī)值，并將此隨機(jī)按一定限定進(jìn)行長(zhǎng)幅修改。3提升與沉降：主要針對(duì)局部均值進(jìn)行修改，非均值部分只做少量縮小。4上下翻轉(zhuǎn)：通過(guò)指定平面對(duì)低于或高于該平面的部分進(jìn)行對(duì)稱到另一側(cè)。5圖像編輯方法：如油畫效果等。6高程變換3高程相關(guān)的紋理合成地形使用的紋理可以是使用4片或多片按照高程進(jìn)行紋理合成（稱為高程紋理），亦可以將海拔柵格轉(zhuǎn)換為高度圖并用顏色表控制生成紋理?？勺云唇蛹y理是按照NN回繞一線的方式構(gòu)成的。在拼接時(shí)與海拔柵格的處理一樣，先將圖像擴(kuò)展為(N+1)(N+1)，多出的一線是讀取的回繞數(shù)據(jù)。這樣，拼接時(shí)就可以將邊框線重疊，形成可縮放的無(wú)縫連接。一般使用可自拼接細(xì)節(jié)圖（通常是小尺寸，如6464）拼接為大尺寸如10251025，再與由高程數(shù)據(jù)處理過(guò)的257257紋理圖像進(jìn)行合成，產(chǎn)生10251025的大紋理（當(dāng)然，可以將高程紋理固定在地表網(wǎng)格上，渲染時(shí)再與細(xì)節(jié)紋理進(jìn)行合成）。3.1按照高程數(shù)據(jù)合成大紋理小紋理按高程數(shù)據(jù)合成大紋理將高程分成四段，使用低位置編號(hào)段進(jìn)行兩兩插值，最后一段不插值區(qū)間重疊線性插值將高程分成三段，使用低位置編號(hào)段進(jìn)行兩兩插值五等分區(qū)間的三次樣條插值四等分區(qū)間的區(qū)間中點(diǎn)三次插值，或邊界重復(fù)的三次樣條插值非等分區(qū)間的區(qū)間線性插值樣條（當(dāng)然可以使用三次樣條）最常用3.2紋理細(xì)節(jié)有多種方式。將自拼接幾何塊固定紋理是較方便的方法。3.3與幾何顏色混合幾何高程一般有固定的顏色漸變序列，與表面紋理混合形成自然的紋理。4四叉樹LOD算法4.1底層網(wǎng)格的三角劃分 關(guān)于中心區(qū)域的展開(kāi)44網(wǎng)格權(quán)值分配矩陣是一個(gè)三次高程曲面圍成的“體積”，與其后的兩種表面三角化方法形成的“體積”較近者為所選三角劃分。+4.2自適應(yīng)層次劃分方法會(huì)打亂原始的四叉樹層次，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法較復(fù)雜。4.3層次四叉樹方法1多塊拼合粗虛線為實(shí)際計(jì)算的NN柵格數(shù)據(jù)，細(xì)實(shí)線為渲染的(N+1) (N+1)柵格數(shù)據(jù)，其中的右側(cè)和下邊均使用了回繞數(shù)據(jù)（即自拼貼的后續(xù)柵格的左側(cè)和上邊的數(shù)據(jù)，右下角=左上角像素）。2具有自拼貼屬性的幾何或紋理與環(huán)的特征連接表面同構(gòu)用表示幾何或紋理數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為環(huán)面上的分割角，。將繞y軸旋轉(zhuǎn)角：再加上平移，即為所求映射到環(huán)面的三維坐標(biāo)。而該坐標(biāo)點(diǎn)的紋理坐標(biāo)為，頂點(diǎn)法向是上式中的=1時(shí)的三維向量。3預(yù)處理void setup_quadtree(int x, int z, int width)int width2, m, n;n = width * lod_level;m = (x - location0) * (x - location0) + (z - location2) * (z - location2);width2 = width 1;if(width 1) & m n * n) / 此處添加平整度測(cè)試和相機(jī)裁剪inti, j;m = (z - width2) & MASK2) SHIFT2);n = (z + width2) & MASK2) SHIFT2);i = (x - width2) & MASK2);j = (x + width2) & MASK2);quadtree(z SHIFT2) + x = NODE_POINT;quadtreem+i = EDGE_POINT;quadtreem+j = EDGE_POINT;quadtreen+i = EDGE_POINT;quadtreen+j = EDGE_POINT;setup_quadtree(x - width2, z - width2, width2);setup_quadtree(x + width2, z - width2, width2);setup_quadtree(x - width2, z + width2, width2);setup_quadtree(x + width2, z + width2, width2); else quadtree(z SHIFT2) + x = EDGE_POINT;5編輯與瀏覽流程5.1參數(shù)生成目標(biāo)類型（0-地形、1-紋理）：DWORDproduct = 0;表面貼圖數(shù)據(jù)：Texture tex = w, h, image;地圖子塊編碼和子塊個(gè)數(shù)：DWORDidImg, numImg;/ 圖像紋理DWORDidGeo, numGeo; / 幾何紋理一般情況下，地表柵格控制大尺寸地表輪廓（山脈、丘陵或平地），幾何紋理控制地表的細(xì)節(jié)特征，圖像紋理進(jìn)一步細(xì)化地表形成真實(shí)的地表形體。三種數(shù)據(jù)均可以用單個(gè)或多個(gè)同類（也許允許異類）數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。天空盒數(shù)據(jù)用內(nèi)置的模型自動(dòng)生成和擴(kuò)展。天空盒也是地表柵格的生成目標(biāo)之一。地形參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：INITPARAM種子網(wǎng)格規(guī)模SEEDS（1,2,4,8,16,32,64,128,256）高程范圍因子heightScale（0,1）表面粗糙度模型：floatcoarse = 0.7F;（使用數(shù)組具有更好的效果控制。使用時(shí)，先生成數(shù)值的乘積序列，如果是非中點(diǎn)可按最小加速度曲線計(jì)算該序列的插值）。海平面高度：floatelevation = 0.0;（用來(lái)確定天空盒的底面高度）。高程最低限lowLimit = -128.0F;（-1,1）隨機(jī)數(shù)種子randStart = 0.5F; （0,1）隨機(jī)數(shù)參數(shù)： randscale, randShift隨機(jī)數(shù)模型：0-Logistic，1-素?cái)?shù)線性映射，編輯控制參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：EDITPARAM操作域尺寸（1，32，64）作用區(qū)模式：指數(shù)、余弦、樣條等作用方式：層次方法、鄰接點(diǎn)選項(xiàng)：使用隨機(jī)（隨機(jī)因子）表明：表面細(xì)分、平滑矩陣、卷積矩陣強(qiáng)度：一次濾波、三次濾波高程映射：-128127上的自映射（Logistic映射、三角函數(shù)等），置換，顏色表轉(zhuǎn)換等。瀏覽模式參數(shù)設(shè)置對(duì)話框：VIEWPARAM地形數(shù)據(jù)顯示模式：線框、表面紋理選項(xiàng)：波浪，天空盒，霧紋理：（紋理文件名，插值的位置） 4 顯示因子：y因子、(x, z )因子細(xì)節(jié)層次（1,2,3,4,全）視錐角（0, 90）顏色表設(shè)置對(duì)話框：COLORTABLEPARAM編輯連續(xù)彩色曲線（編輯RGB樣條曲線）修改256色顏色表（編輯1616顏色塊表）5.2命令和工具文件：新建、打開(kāi)、保存、另存為、合成（按比例與當(dāng)前數(shù)據(jù)合并）、保存位圖、退出初始化種子（隨機(jī)粗網(wǎng)格、讀入圖像、生長(zhǎng)、點(diǎn)隨機(jī)疊加）編輯：場(chǎng)景狀態(tài)（編輯、瀏覽）數(shù)據(jù)類型（地形、紋理、顏色表（在256*511上背景豎線條表示為顏色的RGB分形曲線）操作形式（點(diǎn)的徒手畫類型、連續(xù)折線類型、多邊形區(qū)域類型）整體編輯：比例、高程變換、最低限、提取種子公共編輯：提升、沉降、光順、折皺、上翻、下翻；其它編輯：路、橋；布局（房、車、樹、草）；貼圖（堆放圖片的地表設(shè)計(jì)）查看：更換天空盒、更換基礎(chǔ)紋理（一般用四層）、更換細(xì)節(jié)紋理讀入和保存顏色表、設(shè)置連續(xù)顏色表控制、修改單個(gè)顏色經(jīng)顏色表轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)顯示（面、線框）背景模式（背景色、天空盒）細(xì)節(jié)層次（8,16,32,64）瀏覽模式（步行、飛行）幫助：地形編輯操作、地形原理、關(guān)于地形編輯器。工具欄：新建、打開(kāi)、保存、保存圖像；地形、紋理、顏色表；撤消、重做；提升、沉降、光順、折皺、上翻、下翻、瀏覽；背景色、表面/線框、細(xì)節(jié)層次（8,16,32,64）、步行/飛行。5.3渲染一般，觀察點(diǎn)與水平面形成固定夾角（1545度），編輯時(shí)要根據(jù)觀察點(diǎn)及高程線的觀察效果調(diào)整綜合高程（主要是粗網(wǎng)格點(diǎn)的）數(shù)值。主要的瀏覽方式有兩種：約束在表面上的步行方式和保持絕對(duì)海拔高度的飛行方式。改變傾角（即改變了高度）、調(diào)整觀察高度、繞觀察中心的y軸矢量旋轉(zhuǎn)、保持高度的飛行控制（左右旋轉(zhuǎn)和進(jìn)退，無(wú)側(cè)旋）天空盒：用類似于地表拼接的方法生成天空盒紋理，并用移動(dòng)天空盒的方式進(jìn)行瀏覽處理。天空盒所使用的紋理