解读WorldWind（三）模型与地形

tuchooy

WorldWind核心就是在一个星球模型上呈现星球表面的自然景观和自然现象，注意是星球而不是地球，因为可以通过配置，换成任何其他星球的模型来展示，只要有参数和图层，改成月球或是火星都分分钟的事。星球表面有一个很重要的特点，就是都可以用经纬度来表示位置，当然严格来说，经纬度适合表示稳定自转的星球表面的位置，如果没有固定的自转轴，那么定哪一个大圆作为赤道就很为难，经纬度系统也不好建立，不过貌似在太阳系里这个问题不大。基于经纬度，可以把球面切成小片，每次只处理视口内看得见的那几个小片，这样就大大节省了数据量、计算量和渲染量，这样每一个切出来的小片叫做一个Tile，几乎所有的GIS都有类似的Tile系统（中文一般叫瓦片图），而且实现方法也都相近，不过具体切法还是有小小的差异。每个切片所能展现的细节是基本相同的，消耗的计算资源也相近，根据视口的范围动态调整，随着视口内所见的空间范围不断缩小，视口内切片自动分裂成更小的切片，以展示更多的细节，这就是LOD（Levels of Detail，多细节层次）。


上图是WorldWind的初始瓦片切分，不同于大多数在线地图基于墨卡托投影的从最顶级开始的四分系统，WorldWind在全球尺度上的切片是横六纵三，总共18块，在这个初始切分之下再使用四分法逐级切下去。用来表示四分法下瓦片之间关系的数据结构叫做四叉树，四叉树_百度百科。


上图中初始的第一横排瓦片前面的三个各自分裂成四个子瓦片，后面三个由于距离摄像机远而没有分裂。

WorldWind的图层只能依附在星球表面，因为模型里只有一个ElevationModel，也就是说星球只能有一层表面，因此WorldWind不能同时支持海面和海底两套高程，实际上只有海底有高程，海面贴图并不是贴到栅格上，而是直接贴到海拔为0的平面上，这算是一种hack方法吧。下图是海面的高程栅格和贴图，可以看到贴图并没有沿着栅格弯曲，也没有下面所说的台面拉伸。


今天发现海面hack是个特殊图层，全都是蓝色，试了其他图层，发现是直接铺在栅格上，海面的图层直接铺到海床上了，仔细看起来很诡异。下图是菲律宾海沟某处，蓝色平面和贴图台面同时可见。



在高程栅格方面用了另一个hack方法避免了因为LOD造成的不同精度的栅格拼接。通常两个瓦片之间如果不拼接，就会在交界处形成一条缝，但是拼接算法是很麻烦的，WorldWind采用的方法是每个瓦片不仅有上表面一块地表栅格，而且在瓦片四面绘制四片垂直的栅格，这样就形成了一个凸起的台面，类似一个键盘键帽，然后把材质图蒙在这个台面上，这样每一个瓦块的材质图都只需要蒙一个面，不同瓦块之间的缝被瓦块侧面垂直的栅格填充，不会看出有缝。下图是当中一块瓦块材质没有下载完，因此没有蒙上材质，可以看到旁边的瓦块材质在侧面栅格上的拉伸效果，这个侧面的栅格最下部到达地形最深处的极限值，配置文件里缺省设置是海平面下11000米，图中所示区域是贡嘎山，海拔7000多米，因此这个方坑深度大约18000米。

御坂美琴LV5

看起来好棒！