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目 录1

第一章绪论1

第1节数字地球1

1.1数字地球概念1

1.2数字地球基本框架2

1.3数字地球的特点4

1.4数字地球的作用和意义5

第2节数字城市6

2.1数字城市概念7

2.2数字城市支撑技术8

2.3数字城市内容11

第3节虚拟城市12

3.1虚拟城市概念12

3.2虚拟城市建设的意义13

第4节数字地球、数字城市与虚拟城市的关系14

第5节虚拟城市建设应用的发展17

思考题19

第6节小结19

第二章虚拟城市建设的技术基础21

第1节虚拟现实技术的基本概念21

1.1虚拟现实技术的定义21

1.2虚拟现实系统的特征23

1.3虚拟现实系统的构成27

第2节虚拟现实系统的类型29

2.1桌面虚拟现实系统29

2.2沉浸式虚拟现实系统30

2.3分布式虚拟现实系统35

2.4混合虚拟现实系统37

第3节虚拟现实的技术基础38

3.1实时图形图像技术38

3.2位置跟踪与映射技术39

3.3触觉与力反馈40

3.4视觉显示技术41

3.5高速网络技术42

3.6模型仿真技术43

3.7系统集成技术44

第4节虚拟现实的研究内容44

4.1感知概念模型44

4.2碰撞检测与碰撞响应技术46

4.3人与场景的融合技术47

4.4虚拟实体的仿真技术48

4.5三维地形建模技术49

4.6分布式虚拟环境研究49

第5节虚拟现实的发展与应用49

5.1虚拟现实的发展49

5.2虚拟现实的应用51

第6节小结55

思考题55

第1节虚拟城市的理论基础57

1.1虚拟地理环境57

第三章虚拟城市的内容和关键技术57

1.2虚拟环境与现实环境的关系63

1.3虚拟环境的空间、时间认知64

1.4虚拟环境数据模型65

第2节虚拟城市的技术基础66

2.1地学可视化66

2.2投入型地学虚拟环境68

2.3分布式地学虚拟环境69

3.1三维动画与虚拟仿真70

第3节虚拟城市的技术发展70

3.2建模技术发展72

3.3 3D GIS研究简介73

3.4虚拟GIS研究现状74

3.5 3D GIS、VR GIS与地学虚拟环境80

第4节虚拟城市体系结构82

第5节构建虚拟城市的关键技术84

5.1遥感技术84

5.3虚拟现实技术85

5.2 3S一体化技术85

5.4智能化实时建模技术86

5.5数据仓库集成与数据挖掘技术86

第6节小结86

思考题87

第四章虚拟环境的系统设计方法论88

第1节面向对象方法学是VR系统设计的基本方法学88

第2节面向对象方法学在VR系统开发中的应用92

第3节面向智能体技术是对面向对象技术的改进95

第4节面向智能体方法学在VR系统开发中的应用99

第5节虚拟环境管理器的概念模型设计方法101

第6节小结103

思考题104

第五章虚拟现实系统图形程序设计接口105

第1节三维图形应用程序接口105

1.1OpenGL106

1.2 Direct3D108

1.3 QuickDraw 3D109

1.4小结110

第2节OpenGL的概念111

2.1 OpenGL基本理解111

2.2OpenGL的工作方式112

第3节OpenGL的基本程序结构113

第4节OpenGL的基本操作114

4.1描述图元114

4.2绘制图元116

4.3OpenGL变换118

第5节OpenGL图形的描绘125

5.1颜色模式的指定126

5.2光照处理127

5.3材质129

5.4纹理贴图130

第6节特殊效果实现133

7.1Open Inventor简介136

第7节Open Inventor136

7.2 Inventor实例139

第8节小结140

思考题141

第六章虚拟现实建模语言VRML及其扩展142

第1节VRML简介142

1.1 VRML的发展历史142

1.2 VRML的功能特性143

1.3VRML与Web145

1.4 VRML应用146

第2节VRML的核心概念147

2.1 VRML97的关键字147

2.2节点149

2.3场景图152

2.4事件路由152

2.5 VRML特殊节点153

第3节VRML场景生成器156

3.1 COSMO WORLD157

3.2 VRCreator160

3.3 VHSB161

第4节VRML创建分布式多用户虚拟环境161

第5节 GeoVRML166

5.1 GeoVRML简介166

5.2 GeoVRML进行网络三维可视化的步骤167

6.1 X3D的组成168

第6节X3D简介168

6.2 X3D的关键技术170

6.3 Xj3D浏览器172

6.4 X3D与VRML97的比较174

第7节小结175

思考题175

第七章城市三维空间信息的获取方法177

第1节城市三维空间信息的内容177

2.1DEM数据获取178

第2节城市三维空间信息获取178

2.2建筑物高度数据获取179

2.3三维对象几何要素数据获取179

2.4纹理数据获取180

第3节野外数据采集180

3.1全站仪测量180

3.2 GPS测量182

第4节地图数字化184

第5节全数字摄影测量系统188

第6节激光扫描测量系统191

第7节合成孔径雷达194

第8节近景摄影测量方法194

第9节多数据源集成195

第10节小结197

思考题197

第八章虚拟城市建模技术199

第1节虚拟环境建模概述199

第2节虚拟环境建模的特点200

第3节虚拟环境中虚拟实体的表现形式201

第4节虚拟环境几何建模技术202

4.1几何建模技术方法202

4.2人工的几何建模方法205

4.3自动的几何建模方法206

第5节虚拟环境物理建模技术208

5.1固体的建模208

5.2非刚体的建模209

5.3自主智能体的建模210

第6节虚拟环境行为建模技术212

第7节小结213

思考题214

第九章基于AutoCAD、3DS MAX的城市建模215

第1节AutoCAD三维建模215

1.1 AutoCAD三维模块简介215

1.2三维空间操作219

第3节AutoCAD三维表面造型221

第2节AutoCAD构造线框模型221

3.1 AutoCAD的表面特征222

3.2拉伸表面223

3.3三维面和多重面224

3.4三维多边形网格225

第4节AutoCAD三维实体模型226

4.1实体建模的特点226

4.2实体模型的构造228

第5节AutoCAD建模实例230

第6节3DS MAX三维建模简介234

6.1 3DS MAX中的对象234

6.2创建与修改概念236

第7节3DS MAX材质贴图概念239

第8节 在3DS MAX中制作VRML文件241

第9节小结244

思考题245

1.1层次编辑的可视化数据库246

第十章基于MultiGen的城市建模246

第1节MultiGen的特点246

1.2纹理映射247

1.3 MultiGen的主要构成模块249

第2节MultiGen界面布局249

第3节MultiGen三维实体结构建模251

3.1制作校大门模型252

3.2制作图书馆模型257

3.3树木的建模259

第4节MultiGen地形地貌建模260

4.1数据处理260

4.2地形生成算法261

4.3地貌景观建模264

第5节快速构建城市建筑模型266

第6节模型集成269

6.1基于不同坐标系统的模型的融合269

6.2图形图像之间的融合270

第7节数据导入导出271

第8节小结272

思考题272

第十一章虚拟城市视景数据库建模技术273

第1节视景数据库设计原则273

1.1视景数据库内容273

1.2视景数据库设计规则274

1.3视景数据库性能优化274

第2节视景数据库数据模型275

2.1数据来源与获取275

2.2地形及静态实体的三维模型276

第3节视景数据库系统结构框架279

第4节数字地形模型建模281

4.1地形数据来源与处理281

4.2地形模型表示283

4.3地形合成285

第5节气象模型建模287

第6节水文模型建模289

第7节纹理映射建模290

7.1透明纹理映射技术291

7.2动态纹理映射技术292

7.3各向同性292

7.4纹理捆绑292

7.5不透明单面的纹理映射293

7.6纹理拼接295

思考题296

第8节小结296

第十二章空间数据的互操作技术297

第1节概述297

第2节地理空间数据的来源297

第3节地理空间数据差异分析299

3.1空间特征表现差异299

3.2属性表现差异300

4.1空间数据共享标准301

第4节地理空间数据互操作的相关概念301

4.2空间数据转换302

4.3地理信息系统互操作304

4.4 OpenGIS306

第5节地理空间数据互操作的技术基础310

5.1 GIS技术311

5.2网络技术311

5.3数据库技术311

5.4地球空间数据标准311

第6节互操作的方法和步骤312

6.1格网数据互操作313

6.2空间矢量数据互操作319

第7节小结324

思考题324

第1节虚拟城市环境概述326

1.1相关概念简介326

第十三章虚拟城市应用实例326

1.2多视觉通道的设计过程328

第2节虚拟玄武湖需求分析329

2.1区域选取背景329

2.2系统实现流程330

第3节玄武湖地区数据获取332

3.1数据采集332

3.2数据处理334

4.2玄武湖地区虚拟环境建模337

第4节虚拟玄武湖地区仿真建模337

4.1虚拟三维地形建模337

第5节玄武湖地区虚拟环境生成339

5.1 Vega LYNX用户界面规则340

5.2虚拟城市系统构建344

第6节小结347

思考题347

参考文献348