基于osgEarth的简单数字地球

【软件工程作业】简单数字地球_哔哩哔哩_bilibili

TIFF文件

TIFF为图像格式，以tif为后缀，是一种位图格式。
同BMP一样，包含文件头、信息头、数据区。
地球纹理和高程图用到了TIFF。
用Global Mapper打开高程图可导出等高线。

Shape文件

Shape文件是以shp为后缀的二进制文件。
用arcview打开可以看到其信息为点线面的几何图形，还包括几何图形的坐标，同样也是一张数据表。

OSG文件

OSG文件是以osg后缀的文本文件。
使用osgviewer *.osg可快速浏览osg文件定义的模型。
OSG文件内规定了模型的节点层次，并设置了模型的属性，给出了模型各个顶点的坐标。

earth文件

earth文件本质是XML文本文件，后缀为earth。
map：文件的最外层标签，可认为是一个OSG节点，在代码中是osgEarth::MapNode。
- type：给出使用的坐标，我设置为球心坐标geocentric，若平面投影为Projected。
- version：osgEarth的大版本，我用的2.10，标记为2。
- name：map的名称。
heightfield定义高程数据。
- name：高程数据名称。
- driver：驱动。
- url：高程数据路径，可以是本地或网络，我在本地保存了一份30m的高程图，格式为.tif。
image定义纹理，可以理解为一个图层。
- name：高程数据名称。
- driver：驱动。
- url：高程数据路径，可以是本地或网络。
cache数据量大，加载慢，因此需要设置缓存。
- type：缓存类型，我设置filesystem，即本地文件系统。
- path：缓存路径。

<map name="globe" type="geocentric" version="2">
  <!-- 定义全球影像-->
  <image name="globeImage" driver="gdal">
    <url>../data/globe/globe.tif</url>
  </image>
  <!-- 全球高程-->
  <heightfield name="globeHeightfiled" driver="gdal">
    <url>../data/heightfield/30m.tif</url>
  </heightfield>
  <image name="detail" driver="composite">
    <!-- 局部高清纹理 复合影像（消除接缝、没有image数量限制）-->
    <image name="zhejiangImage" driver="gdal">
      <url>../data/detail/zhejiang.tif</url>
    </image>
    <image name="deqingImage" driver="gdal">
      <url>../data/detail/deqing.tif</url>
    </image>
    <image name="plateauImage" driver="gdal">
      <url>../data/detail/plateau.tif</url>
    </image>
  </image>

  <!-- 国界线-->
  <!-- agglite 将矢量文件栅格化 -->
  <image name="countryBoundary" driver="agglite">
    <!--子标签读取shape（画形状、贴图） ogr将shape换成纹理叠加到图上 -->
    <features name="world" driver="ogr">
      <url>../data/shpFile/world.shp</url>
      <!-- 建立空间索引（加快加载速度） -->
      <build_spatial_index>true</build_spatial_index>
    </features>
    <!-- 栅格化的类型（点线面） -->
    <geomerty_type>line</geomerty_type>
    <!-- 以像素为单位 -->
    <relative_line_size>true</relative_line_size>
    <!-- css设置风格 -->
    <styles>
      <style type="text/css">
        world {
          stroke: #ffff00;
          stroke-opacity: 1.0;
          stroke-width: 2.0;
        }
      </style>
    </styles>
  </image>
  <!-- 省界线 -->
  <image name="provinceBoundary" driver="agglite">
    <features name="china" driver="ogr">
      <url>../data/shpFile/china.shp</url>
      <build_spatial_index>true</build_spatial_index>
    </features>
    <geomerty_type>line</geomerty_type>
    <relative_line_size>true</relative_line_size>
    <styles>
      <style type="text/css">
        china {
          stroke: #ffffff;
          stroke-opacity: 1.0;
          stroke-width: 1.5;
        }
      </style>
    </styles>
  </image>
  <!-- 等高线 -->
  <image name="contour" driver="agglite">
    <features name="contour" driver="ogr">
      <url>../data/shpFile/plateau.shp</url>
      <build_spatial_index>true</build_spatial_index>
    </features>
    <geomerty_type>line</geomerty_type>
    <relative_line_size>true</relative_line_size>
    <styles>
      <style type="text/css">
        china {
          stroke: #000000;
          stroke-opacity: 1.0;
          stroke-width: 2;
        }
      </style>
    </styles>
  </image>
  <!-- 文件缓存-->
  <options>
    <cache type="filesystem">
      <path>./FileCache</path>
    </cache>
  </options>
</map>

OSG基本设置

图形显示设置

将OSG图形嵌入MFC单文档程序，用Traits类设置OSG窗口属性。

// 获取窗口的矩形区域
::GetWindowRect(hWnd, &rect);
// 创建窗口特征类
osg::ref_ptr<osg::GraphicsContext::Traits> traits = new osg::GraphicsContext::Traits;
// 获取windata
osg::ref_ptr<osg::Referenced> windata = new osgViewer::GraphicsWindowWin32::WindowData(hWnd);
// 设置显示的各个属性
traits->x = 0;
traits->y = 0;
traits->width = rect.right - rect.left;
traits->height = rect.bottom - rect.top;
// 双缓冲
traits->doubleBuffer = true;
// 共享的图形环境null
traits->sharedContext = nullptr;
// 继承窗口的像素格式
traits->setInheritedWindowPixelFormat = true;
traits->inheritedWindowData = windata;

将traits作为参数可构造OSG的图形上下文，并进而设置摄像头、视口、投影。

// 创建上下文
osg::GraphicsContext* gc = osg::GraphicsContext::createGraphicsContext(traits);
// 创建摄像头
osg::ref_ptr<osg::Camera> camera = new osg::Camera;
camera->setGraphicsContext(gc);
// 设置视口
camera->setViewport(new osg::Viewport(traits->x, traits->y, traits->width, traits->height));
// 设置视角
camera->setProjectionMatrixAsPerspective(30.0f, static_cast<double>(traits->width) / static_cast<double>(traits->height), 1.0, 1000.0);
// 设置摄像头
viewer->setCamera(camera);
// 设置场景
viewer->setSceneData(sceneRoot);
// 激活窗口并关联线程
viewer->realize();

osgEarth操作器

将操作器的操作节点设置为mapNode，即地球。

earthManipulator = new osgEarth::Util::EarthManipulator;
if (mapNode.valid())
{
    earthManipulator->setNode(mapNode);
}

设置监视器的相机操作器。

1	viewer->setCameraManipulator(earthManipulator);

设置视点变换的平滑过渡。

1 2	earthManipulator->getSettings()->setArcViewpointTransitions(true); earthManipulator->setViewpoint(osgEarth::Viewpoint(nullptr, 112.44, 33.75, 404.06, -3.55, -84.59, 22935594.99), 5);

OSG节点树

定义osg::ref_ptr<osg::Group> sceneRoot为根节点。

用osgDB::readNodeFile读入.earth文件，作为一个节点，并将其向派生类转换为osgEarth特有的地球节点。mapNode包含坐标系信息、osgEarth定义的地图的指针等信息，通过mapNode可得到.earth文件中的信息，即省界线、国界线、高清纹理等图层。

void COSGObject::initSceneGraph()
{
    // 创建根节点对象
    sceneRoot = new osg::Group;
    // 读取影像
    osg::ref_ptr<osg::Node> mp = osgDB::readNodeFile("./earthfile/DigitalMap.earth");
    // 添加子节点
    sceneRoot->addChild(mp);
    // 父类向子类转换
    mapNode = dynamic_cast<osgEarth::MapNode*>(mp.get());
}

星空节点：SkyNode类生成，直接连向根节点。

void COSGObject::initSky()
{
    // 初始化天空
    osg::ref_ptr<osgEarth::Util::SkyNode> skyNode = osgEarth::Util::SkyNode::create(mapNode);
    skyNode->setDateTime(osgEarth::DateTime(2021, 12, 11, 15));
    skyNode->attach(viewer, 1);
    skyNode->setStarsVisible(true);
    skyNode->setSunVisible(true);
    sceneRoot->addChild(skyNode);
}

国旗节点：读取国旗图像作为节点，直接连向根节点。

void COSGObject::initNationFlag()
{
      // 初始化国旗标识
      nationFlag = new osg::Group;
      sceneRoot->addChild(nationFlag);
      osg::Image* chinaIcon = osgDB::readImageFile("data/label/chinaYES.png");
      osg::ref_ptr<osgEarth::Annotation::PlaceNode> placeNode = new osgEarth::Annotation::PlaceNode;
      placeNode->setIconImage(chinaIcon);
      placeNode->setPosition(osgEarth::GeoPoint(mapNode->getMapSRS()->getGeographicSRS(), 110, 34));
      nationFlag->addChild(placeNode.get());
}

三维模型（cow.osg）

void COSGObject::init3DCow()
{
      // 得到世界坐标下的转换矩阵
      osg::Matrixd matrix;
      mapNode->getMapSRS()->getGeocentricSRS()->getEllipsoid()->computeLocalToWorldTransformFromLatLongHeight(osg::DegreesToRadians(30.58), osg::DegreesToRadians(119.99), 10, matrix);
      // 比例变换——放大一下
      matrix.preMult(osg::Matrixd::scale(osg::Vec3d(29, 25, 25)));
      // transform节点
      scenicSpot = new osg::MatrixTransform;
      scenicSpot->setMatrix(matrix);

      // 设置光照
      osg::ref_ptr<osg::StateSet> state = scenicSpot->getOrCreateStateSet();
      state->setMode(GL_LIGHTING, osg::StateAttribute::ON);
      state->setMode(GL_LIGHT0, osg::StateAttribute::ON);
      state->setMode(GL_LIGHT1, osg::StateAttribute::ON);
      osg::ref_ptr<osg::LightSource> lightSource0 = new osg::LightSource;
      osg::ref_ptr<osg::Light>light0 = new osg::Light;
      light0->setLightNum(0);
      light0->setDirection(osg::Vec3(0, -1, 0));
      light0->setPosition(osg::Vec4(-4817129, -5391926, -141700, 0));
      light0->setDiffuse(osg::Vec4(1.0, 1.0, 0.8, 1));
      lightSource0->setLight(light0);
      osg::ref_ptr<osg::LightSource> lightSource1 = new osg::LightSource;
      osg::ref_ptr<osg::Light>light1 = new osg::Light;
      light1->setLightNum(0);
      light1->setDirection(osg::Vec3(0, 1, 0));
      light1->setPosition(osg::Vec4(-4817129, 5391926, -141700, 0));
      light1->setDiffuse(osg::Vec4(1.0, 1.0, 0.9, 1));
      lightSource1->setLight(light1);

      // 读取osg文件
      osg::ref_ptr<osg::Node>cow = osgDB::readNodeFile("./data/model/cow.osg");
      // osg中光照只会对有法线的模型起作用，而模型经过缩放后法线不变。
      // 所以需要手动设置属性，让法线随着模型大小变化而变化。
      // If enabled, normal vectors specified with glNormal are scaled to unit length after transformation.
      cow->getOrCreateStateSet()->setMode(GL_RESCALE_NORMAL, osg::StateAttribute::ON);
      scenicSpot->addChild(cow);
      scenicSpot->addChild(lightSource0);
      scenicSpot->addChild(lightSource1);
      sceneRoot->addChild(scenicSpot);
}

操作osgEarth的元素

earth文件的图层

osgEarth提供了ImageLayer来操作图层。

通过mapNode获取earth文件信息。

void COSGObject::initLayer()
{
    // 从earth文件中根据name获得图层
    globeLayer = mapNode->getMap()->getLayerByName<osgEarth::ImageLayer>("globeImage");
    provinceBoundaryLayer = mapNode->getMap()->getLayerByName<osgEarth::ImageLayer>("provinceBoundary");
    countryBoundaryLayer = mapNode->getMap()->getLayerByName<osgEarth::ImageLayer>("countryBoundary");
    contourLayer = mapNode->getMap()->getLayerByName<osgEarth::ImageLayer>("contour");
    detailLayer = mapNode->getMap()->getLayerByName<osgEarth::ImageLayer>("detail");
}

用ImageLayer对象操作图层的属性，如透明度。

void COSGObject::setProvinceBoundaryOpacity(float opacity)
{
    if (provinceBoundaryLayer.valid())
    {
        provinceBoundaryLayer->setOpacity(opacity);
    }
}
void COSGObject::enableProvinceBoundary(bool flag)
{
    provinceBoundaryLayer->setVisible(flag);
}

OSG节点的显示
- 所有节点都继承自Node类。
- 将NodeMask设置为0可让节点及其子节点不可见。
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  void COSGObject::enableNationFlag(BOOL flag)
  {
  nationFlag->getChild(0)->setNodeMask(flag);
  }

坐标计算

经纬度

调用Viewer类的computeIntersections函数，求摄像头与焦点连线与地球的交点。
得到交点后转换为经纬度并显示在编辑框中。

// 求交点
if (viewer->computeIntersections(eventAdapter, res))
{
    osgUtil::LineSegmentIntersector::Intersection first = *res.begin();
    // 取出交点坐标
    osg::Vec3d point = first.getWorldIntersectPoint();
    double latitude, longitude, altitude;
    // 转经纬度
    osg::ref_ptr<osg::EllipsoidModel> ellipsoidModel = new osg::EllipsoidModel;
    ellipsoidModel->convertXYZToLatLongHeight(point.x(), point.y(), point.z(), latitude, longitude, altitude);
    latitude = osg::RadiansToDegrees(latitude);
    longitude= osg::RadiansToDegrees(longitude);
    CString str;
    str.Format(_T("%.2lf"), longitude);
    latitudeEdit->SetEditText(str);
    str.Format(_T("%.2lf"), latitude);
    longitudeEdit->SetEditText(str);
    str.Format(_T("%.2lfm"), altitude);
    altitudeEdit->SetEditText(str);
}

视点

通过Viewer得到操作器，再获取当前视点。
视点的focalPoint即为焦点。

// 获取视点
  osgEarth::Viewpoint viewpoint = dynamic_cast<osgEarth::Util::EarthManipulator*>(viewer->getCameraManipulator())->getViewpoint();
  CString str;
  osgEarth::GeoPoint pos = viewpoint.focalPoint().value();

  str.Format(_T("%.2lf"), pos.x());
  viewLongitudeEdit->SetEditText(str);
  str.Format(_T("%.2lf"), pos.y());
  viewLatitudeEdit->SetEditText(str);
  str.Format(_T("%.2lf"), pos.z());
  viewZEdit->SetEditText(str);
  str.Format(_T("%.2lf"), viewpoint.getHeading());
  viewHeadingEdit->SetEditText(str);
  str.Format(_T("%.2lf"), viewpoint.getPitch());
  viewPitchEdit->SetEditText(str);
  str.Format(_T("%.2lf"), viewpoint.getRange());
  viewRangeEdit->SetEditText(str);