三维仿真教学软件研究与开发.doc

三维仿真教学软件的研究与开发 　　【摘 要】本文针对地质类专业课程存在的问题，提出应用三维仿真教学软件解决地质实训中地质现象需到野外观察的难题，并以广西横县六景地质实训基地三维仿真教学软件开发为实例进行介绍。 　　【关键词】地质现象 三维仿真软件 开发 　　【中图分类号】G 【文献标识码】A 　　【文章编号】0450-9889（2017）03B-0022-02 　　地质类专业课程诸多内容涉及地质构造、岩层、地质灾害、矿山环境等诸多方面。这些知识采用传统讲授的形式进行教学，效果并不理想，受训者往往难以掌握。如果全部采用实践现场授课的形式，地质现象如地质灾害、矿山环境的均呈动态变化，学生难以把握，而且授课时间、人员吃住的安排难以协调，给学校任课教师带来诸多不便。广西机电工业学校与企业合作，共同开发了广西横县六景地质实训基地三维仿真教学软件，以直观、科学、严谨的方式展现典型的地质现象，解决地质实训中地质现象需到野外观察的难题，将野外教堂搬到了教室，大大节约了教学成本和社会资源、提高了教学效果。本文以南宁市横县六景地质实训基地三维仿真教学软件开发为实例进行介绍。 　　一、三维仿真教学软件研究的目的 　　典型地质环境现象三维仿真教学软件项目以学校现有数字化校园系统为支撑应用体系，以服务于国土资源类专业师生教学和国土系统职工培训为目的，结合现代三维虚拟仿真技术，通过野外现场勘察典型地质现象数据与卫星地图三维虚拟交互技术相结合，通过媒体设计、3D 建模、视频摄制、360°实景环绕、虚拟场景制作合成，开发成集 3D 高仿真操作与展示，实现以三维仿真动画、图片、文字、视频、实际操作、互动教学等形式展现，帮助学生加强地质构造的空间想象能力，解决地质实训中地质现象需到野外观察的难题，将典型地质专业知识信息以虚拟交互演示的形式生动逼真地呈现在学生面前，丰富教学内容，扩展和延伸现场事件教学，学生在虚拟场景中可漫游和自由穿行，实现人机互动，将枯燥的实验变得趣味性和人性化，从而提高教学效果。 　　二、系统技术要求 　　（一）软件方面的要求。软件所采用的制作工具应具有先进性、实用性、普及性及操作方便性。采用主流编程语言及编程开发工具，支持各子系统的应用于扩充，支持网络模式，支持多种分辨率（1024×768，1280×1024，1920×1680）和高清 HDTV（1920×1080 或 1280×720），可在 Win7、XP、2000、2003 及以上等Windows 操作系统上运行。采用面向对象的组件技术，实现在虚拟场景内漫游、观看、交互操作功能。 　　（二）采用虚拟现实技术构建地质、地貌虚拟环境。包括地质环境、等高线、地层结构、特定事件等，在虚拟环境中实现自主操控演示、路径漫游；实现地质事件的滚动、滑动、碰撞等物理属性，复杂场景提供小地图功能及多视角切换；360°实景环绕，空中俯视实境全景展示；虚拟交互演示过程由“虚拟地表环境+虚拟地层+360°实景环绕+虚拟事件”等构成，能够模拟完成设定事件发生过程，可自由操作控制虚拟仿真演示。 　　三、开发过程 　　南宁市横县六景地区坐标范围：108°51′00″-108°55′00″；22°51′30″-22°54′30″，面积约38平方公里。 　　（一）六景地区地形地貌三维影像制作。首先要考虑高分辨率遥感影像覆盖范围要大于实习地区范围，确定影像面积约为80 平方公里。包括有地质特征点、等高线、标志地物；二是地形地貌三维影像后期可进行扩展，添加野外填图的地质成果内容；三是制作数字高程模型（DEM），DEM 覆盖范围要略大于影像覆盖范围。 　　（二）数据处理。影像面积 80 平方公里涉及的四幅 1∶10000 标准分幅的地形图需结合现有数据，对纸质地形图数据进行扫描、校正后，进行等高线、基础地理要数的矢量化工作。 　　1∶1万遥感影像处理主要包括以下几个步骤：正射校正、影像配准、影像融合等。技术流程如图 1 所示。 　　1.影像融合。遥感图像融合主要有两个关键问题：一是融合前两幅图像严格的空间配准，通常空间配?饰蟛畈坏贸?过一个像素。只有将不同空间分辨率的图像精确地进行配准，才可能得到满意的效果。二是融合前后影像色调的调整。如提高全色数据的亮度，增强局部反差突出纹理细节，尽可能降低噪音；对多光谱数据进行色彩增强，拉大不同地类之间的色彩反差，突出其多光谱彩色信息。融合后影像处理：融合后影像亮度偏低、灰阶较窄，可采用线性拉伸、亮度对比度、色彩平衡、色度、饱和度等调整色调。 　　2.正射校正。正射校正是对影像进行几何畸变纠正的一个过程，主要原理是借助于数字高程模型（DEM），对由于地形、相机几何特性以及与传感器相关的误差所造成的明显的几何畸变逐像元地进行地形变形的纠正，校正后的影像将是