程延鋒，王俊江，曹紅艷，王艷俠（中國(guó)電波傳播研究所，山東青島266107）

基于marble的三維可視化技術(shù)研究

程延鋒，王俊江，曹紅艷，王艷俠
（中國(guó)電波傳播研究所，山東青島266107）

隨著三維可視化技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，很多應(yīng)用工程領(lǐng)域需要三維地理信息系統(tǒng)顯示空間數(shù)據(jù)。據(jù)此介紹了marb1e的特點(diǎn)和應(yīng)用方式，詳細(xì)論述使用VS2008和Qt構(gòu)建marb1e源碼的基本過程。應(yīng)用實(shí)例表明，基于marb1e的空間數(shù)據(jù)三維圖形顯示真實(shí)、形象、直觀。

三維可視化；marb1e；Qt；VS2008

O 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖形技術(shù)的進(jìn)步，三維可視化技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用到了軍事、地理和礦產(chǎn)等諸多領(lǐng)域［1-6］。為了對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化應(yīng)用研究，相對(duì)于虛擬的二維地球平面載體，虛擬的三維地球模型作為載體更具有直觀性和真實(shí)性，所以選擇三維地球模型作為載體?？紤]如果從底層開始建立比較實(shí)用的三維地球模型，則需要大量的人力在很好的硬件環(huán)境下花費(fèi)大量的時(shí)間和精力才可完成開發(fā)工作，但是所做出的效果也不一定比目前流行的軟件好。比如谷歌的Goog1e Earth［5］就是一個(gè)典型的代表。然而，Guog1e Earth也有自身問題，如存在三維數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量巨大、代碼數(shù)量大、操作繁瑣、瀏覽速度慢及難以脫離專業(yè)軟件環(huán)境等缺點(diǎn)，而GNU下的marb1e［8］為解決這一問題提供了一個(gè)有效的途徑。

1 m arble簡(jiǎn)介和特點(diǎn)

marb1e是一個(gè)地理地圖集和虛擬桌面地球儀，具有一套完整的地理位置信息，可以使用marb1e查找地點(diǎn)，輕松地創(chuàng)建地圖、測(cè)量距離以及檢索與位置相關(guān)細(xì)節(jié)。marb1e帶有一個(gè)小型數(shù)據(jù)庫，如果可以連接互聯(lián)網(wǎng)，marb1e可以連接到流行的互聯(lián)網(wǎng)百科全書“維基百科”。marb1e提供了多種不同的視圖，可以在線瀏覽地球上的地圖區(qū)域，也可以把地圖區(qū)域下載下來，然后離線使用。marb1e的所有特性都是由1ibMarb1e庫所提供的。1ibMarb1e是基于Qt框架所建立的庫，Qt是一個(gè)多平臺(tái)的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，它為程序員開發(fā)多平臺(tái)應(yīng)用程序提供了方便［9］。marb1e還有三個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)：

（1）marb1e是一個(gè)跨平臺(tái)的開源軟件，支持的操作系統(tǒng)包括Linux、W indows、Mac OS X和MeeGo Qt/C++；

（2）由于1ibMarb1e是基于模塊和插件的，可根據(jù)需要在marb1e中嵌入自己所編寫的插件；

（3）可以對(duì)由Keyho1e標(biāo)記語言（Keyho1e MarkuP Language，KML）所編寫的文件進(jìn)行解釋，把文件中所描述和保存的地理信息如點(diǎn)、線、面和3D模型展現(xiàn)出來。

2 m arb le應(yīng)用方式和源碼構(gòu)建

2.1 m arb le應(yīng)用方式

基于marb1e自身的特點(diǎn)，有兩種方式可以對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化應(yīng)用研究。

（1）在marb1e中，根據(jù)需要可以編寫特定功能的插件，將對(duì)空間數(shù)據(jù)可視化的功能作為一個(gè)獨(dú)立的插件嵌入到marb1e中；

（2）通過編譯源代碼，生成對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫，在動(dòng)態(tài)庫的基礎(chǔ)上建立一個(gè)獨(dú)立的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用研究。

本文采用第二種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用研究，其主要包括以下兩個(gè)方面。

（1）下載marb1e的源代碼，然后通過cmake、Qt4和VS2008進(jìn)行編譯和建立相應(yīng)的動(dòng)態(tài)庫marb1ewidgetd.d11，在建立的程序中，調(diào)用動(dòng)態(tài)庫marb1ewidgetd.d11提供的Marb1eWidget和zoomView等API生成虛擬三維地球模型。

（2）marb1e分層進(jìn)行顯示，可通過生成不同的層，顯示對(duì)應(yīng)的不同場(chǎng)景，繼承LayerInterface類，在層上實(shí)現(xiàn)三維圖形的顯示、旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和漫游等功能。

2.2 m arb le源碼構(gòu)建

以下是編譯marb1e的具體步驟，操作系統(tǒng)采用W indows。

（1）安裝所需要的軟件以及配置相關(guān)環(huán)境

①安裝VS2008；

②安裝Qt，同時(shí)把安裝路徑加入到系統(tǒng)的環(huán)境變量中；

③安裝Qt-VS-addin；④安裝cmake；

⑤下載marb1e源代碼。

（2）cmake marb1e源代碼，在cmake gui配置文件中，輸入marb1e源代碼的位置和marb1e源代碼的構(gòu)建位置。

（3）在cmake中點(diǎn)擊“configure”按鈕，選擇Visua1Studio 9 2008。

（4）點(diǎn)擊“Generate”生成marb1e對(duì)應(yīng)的工程。

（5）用VS2008打開上步生成的marb1e工程，進(jìn)行構(gòu)建。

（6）構(gòu)建完成后，進(jìn)行安裝，從而將庫和可執(zhí)行文件默認(rèn)安裝在C：Program Fi1esmarb1e。

此時(shí)，可以采用調(diào)用其生成的動(dòng)態(tài)庫marb1ewidgetd. d11和靜態(tài)庫marb1ewidgetd.1ib進(jìn)行三維可視化的應(yīng)用。

3 應(yīng)用實(shí)例

下面通過繪制地域網(wǎng)格實(shí)例說明基于marb1e的應(yīng)用開發(fā)方法及其三維效果。以三維圖形組件庫為基礎(chǔ)，子類化marb1e的Marb1eW idget類，實(shí)現(xiàn)了三維可視化窗體空間，該控件可以插入到其他Qt窗體控件中，通過Qt中信號(hào)和槽的消息通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)三維的顯示和交互，具體步驟如下。

（1）marb1ewidgetd.d11、marb1ewidgetd.1ib和相關(guān)數(shù)據(jù)文件放到繪制地域網(wǎng)格工程目錄之下；

（2）在定義Marb1eWidget類的對(duì)象的頭文件中，加入如下代碼：

//定義Marb1eWidget類的頭文件

#inc1ude

//定義繼承LayerInterface類的頭文件

#inc1ude"reg1ayer.h"

using namesPace Marb1e；

Marb1eW idget* m_PWgt；

reg1ayer* m_PLayer；

（3）在定義Marb1eW idget類的源文件中，主要加入如下代碼：

//申請(qǐng)marb1e對(duì)象

m_PWgt=newMarb1eW idget（this）；

m_PWgt->setGeometry（QRect（0，0，500，500））；

//加入主題地圖紋理

m_PWgt->setMaPThemeId（"earth/srtm.dgm1"）

//marb1e初始大小

m_PWgt->zoomView（1500）；

……

//申請(qǐng)對(duì)應(yīng)的圖層

m_PLayer=new QregLayer（m_PWgt）；

//圖層加入marb1e

m_PWgt->maP（）->addLayer（m_PLayer）；

（4）在定義的reg1ayer層中，render（）是主要的繪制地域網(wǎng)格等圖形三維顯示的函數(shù)；以經(jīng)度50°、緯度10°為中心，6°一個(gè)方位（60個(gè)方位），400 km一個(gè)距離段（10個(gè)距離段），繪制一個(gè)圓形的地域網(wǎng)格，其效果圖如圖1所示。

圖1 基于marb1e的地域網(wǎng)格

4 結(jié)論

本文進(jìn)行了基于marb1e的三維可視化研究，包括marb1e的編譯、安裝以及如何應(yīng)用；基于marb1e的空間數(shù)據(jù)顯示真實(shí)、形象、直觀，三維可視化效果好?；趍arb1e的三維顯示已應(yīng)用在很多實(shí)際項(xiàng)目中，解決了很多實(shí)際問題，具有很好的實(shí)用與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

［1］楊富民，萬剛，李鋒.復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)電磁態(tài)勢(shì)三維可視化研究［J］.測(cè)繪工程，2012，21（2）：35-38.

［2］潘立武.基于地理信息系統(tǒng)技術(shù)的潰壩洪水三維可視化研究［J］.北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，27（4）：19-23.

［3］宋潔華，郝君，趙志忠，等.基于ArcGIS Engine的三維地理信息軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.海南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，22（3）：326-330.

［4］申皓，劉青昆，龔蔚青.基于OSG的油藏三維可視化系統(tǒng)研究［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2014，23（8）：32-34.

［5］史曉亮.基于Goog1e Earth的潘家窯工區(qū)煤田三維地震勘探的技術(shù)應(yīng)用［J］.工程地理物理學(xué)報(bào)，2014，11（4）：457-461.

［6］劉家學(xué)，鄧飛.基于OSG的飛機(jī)3D維修多場(chǎng)景動(dòng)態(tài)調(diào)度方法［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2014，40（2）：118-121.［7］張洋弘，孫歧峰，邵尉，等.基于Web的三維實(shí)時(shí)井眼軌跡可視化方法研究與實(shí)現(xiàn)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2015，34（16）：74-76.

［8］The Marb1e Project.The Marb1e Handbook［EB/OL］.（2013-12-12）［2016-01-05］httPs：//docs.kde.org/trunk5 /en/kdeedu/marb1e/index.htm1.

［9］中國(guó)軟件技術(shù)有限公司.Qt程序設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2002.

程延鋒（1981 -），通信作者，男，碩士，工程師，主要研究方向：電波傳播、數(shù)值計(jì)算和軟件開發(fā)等。E-mai1：cyfg1@163. com。

王俊江（1978 -），男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：電波傳播、數(shù)值計(jì)算和軟件開發(fā)等。

曹紅艷（1977 -），女，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：亞太地區(qū)頻率場(chǎng)強(qiáng)預(yù)報(bào)算法研究及數(shù)值計(jì)算等。

Research on 3D visua1ization techno1ogy based on marb1e

Cheng Yanfeng，Wang Junjiang，Cao Hongyan，Wang Yanxia
（China Research Institute of Radio Wave ProPagation，Qingdao 266107，China）

W ith the raPid deve1oPment and wide aPP1ications of3D visua1ization techno1ogy，many aPP1ications in engineering fie1ds require 3D geograhic information system to show sPatia1 data.In this PaPer，the characteristics and aPP1ied way ofmarb1e are introduced，and the basic Process of bu1idingmarb1e code by VS2008 and Qt is discused in detai1.APP1ication examP1es show that sPatia1data 3D graPhic disP1ay based on marb1e is true，vivid and visua1.

3D visua1ization；marb1e；Qt；VS2008

TN391

A

10.19358 /j.issn.1674-7720.2016.09.006

程延鋒，王俊江，曹紅艷，等.基于marb1e的三維可視化技術(shù)研究［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016，35（9）：18-19，23.

2016-01-05）