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156 计算机技术与应用进展·2010 测地车仿真系统中的等高线生成与绘制 罗 备 瞿德清 杜 涛 合肥工业大学计算机与信息学院VCC 研究室，合肥 230009 摘 要：等高线在仿真系统中应用非常广泛。本文主要介绍了一种使用 OpenGL 图形库以及渐进网 格算法实现等高线绘制的过程，渐进网格算法是利用网格点数据绘制等高线的算法，此算法简单易行， 在网格比较小的情况下，可不必考虑对等高线进行复杂的平滑处理。本文首先介绍了渐进网格算法的 实现原理，然后给出了该算法在测地车仿真系统中的实验结果并进行分析。 关键词：等高线 测地车仿真系统 渐进网格 1 引 言 随着计算机技术的飞速发展，虚拟仿真技术已广泛应用于军事领域。测地车仿真系统是为某军事院校 方便教学而开发的一套模拟测地车对三维地形测量和校准的视景仿真系统。该系统要求能够实时的生成和 绘制出等高线。等高线是地面上高程相等的相邻各点所连的闭合曲线。随着计算机技术，特别是随着图形 图像技术的发展，图形的绘制更加方便、准确，使得等高线是已经成为我们生活中经常用到的一种图形， 在地质测量、水利、土木等工程和技术领域得到广泛的应用。借助于等高线能帮助我们更直观的观察图形， 分析图形。 绘制等高线就是对大量离散的且具有一定规律的高程值，用数学的方法插值并将具有相同高程值的点 变成图的过程。常用的等高线绘制方法通常先将大量离散数据网格化然后再绘制，主要有以下三种绘制方 法，第一种是网格渐进算法即直接在网格边上做线性插值得到等值点[1]，然后连接各等值点得到等高线。第 二种方法是利用已有的网格点数据再对每个网格拟合一个曲面函数，然后将网格细分为若干单元，根据曲 面函数的值逐网格逐单元地追踪等高线[3] [2] 。第三种方法是克里金插值法 ，首先使用克里金插值算法对每个 网格插值然后跟踪每个网格的等值点以生成等高线。第一种方法实现简单，时间开销小，但网格单元较大 时等高线会以折线的形式出现。第二和第三种方法可得到连续光滑的等高线，但实现极为复杂。因此本文 选择第一种方法在测地车仿真系统中绘制等高线以达到实时的效果，当网格单元比较小时可不需要对等高 线进行平滑处理，便可得到连续光滑的等高线，且实现简单。OpenGL 是一个专业的3D 程序接口，是一个 功能强大、调用方便的底层3D 图形库，可在不同的平台之间移植，是目前非常流行的图形库。因此本文选 择使用OpenGL 作为绘制等高线的工具。 2 渐进网格算法原理 渐进网格算法利用的是网格点数据绘制等高线，每个网格单元的顶点代表着一个高程值。算法的基本 思想是从绘图区域边界开始，逐个网格单元进行遍历，首先判断每个网格单元各个顶点的高程值高于或低 于等值线的值，然后利用线性插值找出每个网格单元中所有等值点的位置，最后使用 OpenGL 函数将每个 网格的等值点连接形成等高线。该算法的主要步骤如下： (1)判断网格单元各个顶点的值高于或低于等值线的值，根据网格的顶点高程值大小用线性插值求出等 值点的位置； 测地车仿真系统中的等高线生成与绘制 157 (2)连接网格单元内所有的等值点形成等值线段； (3)连接所有网格单元的等值线段形成等高线。 该算法在网格单元比较小的情况下，网格单元之间的等值线段过渡比较平滑，因此可不必考虑等高线 的平滑处理，便可得到连续平滑的曲线。 3 算 法 实 现 在测地车仿真系统中使用渐进网格算法在其二维地图中绘制出系统中山脉的等高线，仿真系统中以离 散的规则阵列形式对地形进行描述，故可通过相邻网格点构成网格单元。该系统中山脉是由四边形网格单 元组成，网格单元中每个顶点包含一个该点在仿真系统中的坐标