GeoSpace三维可视化与虚拟仿真平台
GeoSpace基于数字地球系统和地理环境的陆海空天一体化综合性三维可视化仿真平台。系统内置多线程优化算法、图层管理控制技术、多层次细节显示技术(LOD)和多线程并行绘制技术,能提供亿万级海量数据的实时绘制、渲染和显示能力;系统内置多种功能强大的应用功能模块,包括三维地景生成、查询定位、标记标绘、海洋、气象、特效仿真、图层管理、显示交互、仿真数据驱动、测量分析等;系统还配备面向行业应用的任务功能模块(选项),如国土资源防护、数字战场、飞行器可视化、水利、电力仿真、海洋资源开发等。
GeoSpace是一款功能强大的虚拟仿真与3D可视化系统解决方案,系统基于OpenGL三维图形工业标准,采用灵活高效的“微内核+模块化”架构设计,配备所见即所得图形化设计界面,同时配备独立的二次开发包(API),支持二次开发与功能扩展。经过多年的应用实践和不断的升级, GeoSpace 用户已经遍布中国的各大高校、科研院所、政府部门和军方单位。
数字地球环境模块
根据地球物理学、天文学和气象学的基本原理,GeoSpace构建了基于惯性坐标系的数字地球系统,可根据真实数据模拟逼真的三维地景、日地光照、虚拟大气层、天气系统、地球同步时钟系统,并在此基础上实现常见的地球天气和气象环境系统模拟,如阴、晴、多云、雨、雪、雾等常见天气现象和基于时间轴的日地光照、昼夜更替等气象环境等。
海量数据调度与处理能力
GeoSpace内置多线程优化算法,采用多线程并行绘制技术、图层控制技术、多层次细节(LOD)显示技术、视域数据裁剪技术、异步数据加载技术、数据缓存控制技术请求预测机制,可实现亿万级海量数据的实时绘制、动态存储、渲染、调度和显示能力。

高精度地景模型数据生成
GeoSpace内置高精度地景自动生成模块,可利用数字高程影像数据(DEM)精确快速地生成反映三维地理形态和地形起伏特征的高精度三维地形,同时可映射经过校正的数字正射影像数据(DOM)构建逼真三维地景地貌,并实现地形地貌的高精度融合和三维重建。同时,系统内置一个功能完备的“金字塔”结构数据处理模块,支持从数据下载、分块拼接处理到数据入库的全过程地景生成,同时支持对入库的其他矢量数据进行读取、加载调用、拼接定位、数据融合和显示。
  • 地形:系统的地景生成模块可基于高精度的数字高程影像(DEM)数据生成地形,精确地反映区域三维地理形态和地形起伏特征;
  • 地貌: 结合经过校正的数字正射影像数据(DOM)构建逼真三维地景地貌,如山川、平原、沙漠、水系、、海洋、植被等;
  • 地表设施: 重点区域的地面及地表设施三维模型,如建筑、道路、桥梁、厂矿设施等;

场景数据组织集成与管理模块
为了方便场景数据的组织、集成与管理,GeoSpace内置了功能强大的“图层管理控制”模块,结合内置数据库,GeoSpace可将所有的场景数据分层、分类和分块管理,每一类别的数据都可作为一个“图层”存在于系统中,包括:DEM 、DOM、植被、建筑、道路交通、水域、地面设施、实体装备模型等可视化数据以及行政区划等矢量数据,用户均可根据需要通过“图层管理”控制面板选择不同“图层”进行加载、显示、隐藏、卸载、锁定或存储等。
图层管理控制机制示意图
图层示意图
查询检索功能
GeoSpace系统针对各种矢量数据和可视化数据建立完备的检索数据库系统,系统包含地名信息、地理坐标信息、属性类别信息、功能信息等。用户可根据需要进行系统查询。系统查询功能支持多种模式,如精确查询、模糊查询、地理坐标查询、名称查询、属性查询、空间查询等等,查询结果通过系统的坐标定位功能快速定位到查询目标和位置,同时显示被查询目标的名称、位置、属性等信息,也可通过点击鼠标获取信息等。
  • 属性查询:支持地名等属性信息进行属性查询,并自动定位到所要查询的目标位置。
  • 空间查询:支持按空间范围查询空间数据,显示该区域内的所有空间对象并支持自动定位到感兴趣查询结果对象。
  • 建筑物属性查询:支持查询建筑物等三维模型的属性信息、相关图片资料和房屋视图等信息。
  • 坐标查询:支持鼠标选取查询任何位置的经纬度和高程信息。
  • 坐标定位:支持鼠标定位和地理坐标参数定位,并进行位置存储、删除等。

海洋及水系仿真模块
实时交互模块
系统内置一个可满足用户基本需求的实时交互功能模块,包括漫游、驾驶、行走、飞行等场景浏览和交互模式,用户可以根据需要选择不同的交互浏览方式。论是哪种交互浏览方式,均支持手动交互浏览和自动交互浏览两种方式。
手动交互飞行漫游及实时参数显示
同时系统还配置了虚拟外设接口模块,用户可以实时接入各种交互设备用于场景交互(如下图所示),如:半实物仿真模拟器、驾驶方向盘、操纵杆等经典交互设备。用户可借助沉浸式立体视觉,利用不同的交互设备和交互模式,身临其境的置身于虚拟世界中与虚拟场景进行实时地人机交互。

沉浸式显示与多通道集群渲染模块
系统内置基于三维视锥的沉浸式显示模块,支持各种立体显示模式和沉浸式虚拟现实显示系统,如:沉浸式柱面投影系统、CAVE、HoloSpace、PowerWalls、HMD、立体投影显示、多通道集群同步显示、360度全景显示、球面显示系统等。
InVision多通道集群渲染模块支持基于PC-Cluster架构,渲染节点可无限扩展,支持C/S架构下的多机动态互联和协同交互显示,支持多通道3D视锥定义和多通道图像拼接定义,支持Gen-Lock、Fram-Lock等“多通道图像帧”同步渲染显示,可为超大场景的渲染和超高分辨的三维图形显示提供完美的解决方案。
同步机制示意图
基于PC-Cluster架构的多机多通道集群渲染
特效仿真模块
系统内置一个基于粒子系统的爆炸、烟火3D可视化特效仿真模块,该特效可根据事件属性进行设置,比如根据当量设置爆炸的范围、样式、粒子大小、烟火大小、高度等。当系统运行中特效模块功能被激活时,即可根据属性设置产生三维的爆炸和烟火仿真效果,如导弹与目标交会时的爆炸与烟火效果仿真模拟。

多视窗监控显示
GeoSapce系统内置动态相机编辑系统,可对三维仿真相机(视点)的位置、姿态、数量和相机参数进行定义和控制,并实现相机与仿真场景同步、跟随等。
用户可根据需要在不同的位置快速部署并保存多个三维相机,保存后的不同视点,用户可以通过点击鼠标快速进行视角切换和视点复位,也可根据需要设置三维相机参数,如:水平张角(FOV)、视椎顶点坐标、纵横比例和相机姿态等。
同时,用户可通过设置多个相机视角之间的关联关系,对同一场景进行多角度同步监控。被定义设置的视点可以是第一人称视点,也可以是第三人称视点,每个不同视点都可以作为一个独立的视窗进行全屏显示,也可以画中画的方式作为一个辅助窗口布局于整个屏幕的某一个位置,如图:

三维音效模块
系统内置基于OpenAL的三维声音仿真模块,来实现3D声音特效仿真、三维音效处理和播放,用户可以根据系统部署需求,利用“场景数据管理工具”,任意配置三维音源“位置”和音源文件,并进行相关联的场景模型节点的绑定、保存或修改,也可以建立三维音效数据库和音效配置文件,可结合声源的位置、方向、运动速度、观察者的位置、方位,高度逼真地模拟多普勒效应,计算观察者听到的最终声效,实现逼真的三维声音效果。
根据场景需要配置从三维音效数据库中实时调用相应的音源文件并实时播放,实现符合事件属性特征的三维音效输出,如爆炸、飞行发动机音效等,系统将根据视点位置和距离的远近自动匹配音效类型和音量大小。三维音效的配置过程无须任何编程步骤和代码过程。
测量计算与分析功能
Geopace内置基于数学表达式的测量计算和三维绘制功能模块,以点、线、三角面、三棱锥、立方体为基本的测量单位和绘图单元,可对地理坐标系下的目标区域进行实时测量和计算,包括:距离、面积和体积等。Geopace的测量计算功能为仿真应用中空间数据的获取、测量、计算、绘制和分析提供精确的数据支撑。
基于精确的计算、测量、绘制功能,Geopace允许用户对仿真场景进行必要的三维场景数据分析,如淹没分析、等高线分析、地形剖面分析、视域分析、土方分析、和日照分析等,同时,支持矢量图的添加好编辑功能,即可根据自己的需要在地球上动态的添加线、矩形区、圆形区和多边形区。
资源库(选项)
经过多年的项目实践,GeoSpace针对不同的行业应用积累了大量的可重复使用的仿真场景资源,并建立了仿真场景资源数据库,为不同行业的用户提供了重要的仿真场景资源共享渠道。
其中的场景模型均按照虚拟现实三维模型构建的技术要求进行了科学的整合和节点从属关系分类,用户可根据项目要求,直接获取并驱动这些场景模型。
  • 地表设施三维模型思源库:包括重点区域的地面及地表设施三维模型,如城市、建筑、道路、桥梁、厂矿设施等;
  • 雷达模型库:主流体制的雷达,如连续波多普勒雷达、连续波调频雷达(正弦波、三角波锯齿波)、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、频率步进雷达等。
  • 协同装备模型库:火箭、飞机、卫星、雷达、舰船、导弹、车辆、地面站、发射场、回收着陆场以及其他任务模型,如发射塔架、发射车、发射筒等。