程延鋒，王俊江，曹紅艷，王艷俠

　　（中國電波傳播研究所，山東 青島 266107）

　　摘要：隨著三維可視化技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，很多應(yīng)用工程領(lǐng)域需要三維地理信息系統(tǒng)顯示空間數(shù)據(jù)。據(jù)此介紹了marble的特點(diǎn)和應(yīng)用方式，詳細(xì)論述使用VS2008和Qt構(gòu)建marble源碼的基本過程。應(yīng)用實(shí)例表明，基于marble的空間數(shù)據(jù)三維圖形顯示真實(shí)、形象、直觀。

　　關(guān)鍵詞：三維可視化；marble；Qt；VS2008

0引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖形技術(shù)的進(jìn)步，三維可視化技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用到了軍事、地理和礦產(chǎn)等諸多領(lǐng)域［16］。為了對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化應(yīng)用研究，相對于虛擬的二維地球平面載體，虛擬的三維地球模型作為載體更具有直觀性和真實(shí)性，所以選擇三維地球模型作為載體。考慮如果從底層開始建立比較實(shí)用的三維地球模型，則需要大量的人力在很好的硬件環(huán)境下花費(fèi)大量的時間和精力才可完成開發(fā)工作，但是所做出的效果也不一定比目前流行的軟件好。比如谷歌的Google Earth［5］就是一個典型的代表。然而，Guogle Earth也有自身問題，如存在三維數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量巨大、代碼數(shù)量大、操作繁瑣、瀏覽速度慢及難以脫離專業(yè)軟件環(huán)境等缺點(diǎn)，而GNU下的marble［8］為解決這一問題提供了一個有效的途徑。

1marble簡介和特點(diǎn)

　　marble是一個地理地圖集和虛擬桌面地球儀，具有一套完整的地理位置信息，可以使用marble查找地點(diǎn)，輕松地創(chuàng)建地圖、測量距離以及檢索與位置相關(guān)細(xì)節(jié)。marble帶有一個小型數(shù)據(jù)庫，如果可以連接互聯(lián)網(wǎng)，marble可以連接到流行的互聯(lián)網(wǎng)百科全書“維基百科”。marble提供了多種不同的視圖，可以在線瀏覽地球上的地圖區(qū)域，也可以把地圖區(qū)域下載下來，然后離線使用。marble的所有特性都是由libMarble庫所提供的。libMarble是基于Qt框架所建立的庫，Qt是一個多平臺的C++圖形用戶界面應(yīng)用程序框架，它為程序員開發(fā)多平臺應(yīng)用程序提供了方便［9］。marble還有三個非常突出的優(yōu)點(diǎn)：

　　(1)marble是一個跨平臺的開源軟件，支持的操作系統(tǒng)包括Linux、Windows、Mac OS X和MeeGo Qt/C++；

　　(2)由于libMarble是基于模塊和插件的，可根據(jù)需要在marble中嵌入自己所編寫的插件；

　　(3)可以對由Keyhole標(biāo)記語言（Keyhole Markup Language, KML）所編寫的文件進(jìn)行解釋，把文件中所描述和保存的地理信息如點(diǎn)、線、面和3D模型展現(xiàn)出來。

2marble應(yīng)用方式和源碼構(gòu)建

　　2.1marble應(yīng)用方式

　　基于marble自身的特點(diǎn)，有兩種方式可以對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化應(yīng)用研究。

　　(1) 在marble中，根據(jù)需要可以編寫特定功能的插件，將對空間數(shù)據(jù)可視化的功能作為一個獨(dú)立的插件嵌入到marble中；

　　(2) 通過編譯源代碼，生成對應(yīng)的動態(tài)庫，在動態(tài)庫的基礎(chǔ)上建立一個獨(dú)立的程序?qū)崿F(xiàn)對空間數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用研究。

　　本文采用第二種方法實(shí)現(xiàn)對空間數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用研究，其主要包括以下兩個方面。

　　(1) 下載marble的源代碼，然后通過cmake、Qt4和VS2008進(jìn)行編譯和建立相應(yīng)的動態(tài)庫marblewidgetd.dll，在建立的程序中，調(diào)用動態(tài)庫marblewidgetd.dll提供的MarbleWidget和zoomView等API生成虛擬三維地球模型。

　　(2) marble分層進(jìn)行顯示，可通過生成不同的層，顯示對應(yīng)的不同場景，繼承LayerInterface類，在層上實(shí)現(xiàn)三維圖形的顯示、旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和漫游等功能。

　　2.2marble源碼構(gòu)建

　　以下是編譯marble的具體步驟，操作系統(tǒng)采用Windows。

　　(1)安裝所需要的軟件以及配置相關(guān)環(huán)境

　　①安裝VS2008；

　　②安裝Qt，同時把安裝路徑加入到系統(tǒng)的環(huán)境變量中；

　　③安裝QtVSaddin；

　　④安裝cmake；

　　⑤下載marble源代碼。

　　(2)cmake marble源代碼，在cmake gui配置文件中，輸入marble源代碼的位置和marble源代碼的構(gòu)建位置。

　　(3)在cmake中點(diǎn)擊“configure”按鈕，選擇Visual Studio 9 2008。

　　(4)點(diǎn)擊“Generate”生成marble對應(yīng)的工程。

　　(5)用VS2008打開上步生成的marble工程，進(jìn)行構(gòu)建。

　　(6)構(gòu)建完成后，進(jìn)行安裝，從而將庫和可執(zhí)行文件默認(rèn)安裝在C:\\Program Files\\marble。

　　此時，可以采用調(diào)用其生成的動態(tài)庫marblewidgetd.dll和靜態(tài)庫marblewidgetd.lib進(jìn)行三維可視化的應(yīng)用。

3應(yīng)用實(shí)例

　　下面通過繪制地域網(wǎng)格實(shí)例說明基于marble的應(yīng)用開發(fā)方法及其三維效果。以三維圖形組件庫為基礎(chǔ)，子類化marble的MarbleWidget類，實(shí)現(xiàn)了三維可視化窗體空間，該控件可以插入到其他Qt窗體控件中，通過Qt中信號和槽的消息通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)三維的顯示和交互，具體步驟如下。

　　(1) marblewidgetd.dll、marblewidgetd.lib和相關(guān)數(shù)據(jù)文件放到繪制地域網(wǎng)格工程目錄之下；

　　(2) 在定義MarbleWidget類的對象的頭文件中，加入如下代碼：

　　//定義MarbleWidget類的頭文件

　　#include <marble/MarbleWidget.h>

　　//定義繼承LayerInterface類的頭文件

　　#include "reglayer.h"

　　using namespace Marble;

　　MarbleWidget* m_pWgt;

　　reglayer * m_pLayer;

　　(3) 在定義MarbleWidget類的源文件中，主要加入如下代碼：

　　//申請marble對象

　　m_pWgt = newMarbleWidget(this);

　　m_pWgt->setGeometry(QRect(0,0,500,500));

　　//加入主題地圖紋理

　　m_pWgt->setMapThemeId("earth/srtm.dgml")

　　//marble初始大小

　　m_pWgt->zoomView(1500);

　　……

　　//申請對應(yīng)的圖層

　　m_pLayer = new QregLayer(m_pWgt);

　　//圖層加入marble

　　m_pWgt->map()->addLayer(m_pLayer);

　　(4)在定義的reglayer層中，render()是主要的繪制地域網(wǎng)格等圖形三維顯示的函數(shù)；以經(jīng)度50°、緯度10°為圖1基于marble的地域網(wǎng)格中心，6°一個方位（60個方位），400 km一個距離段（10個距離段），繪制一個圓形的地域網(wǎng)格，其效果圖如圖1所示。

4結(jié)論

　　本文進(jìn)行了基于marble的三維可視化研究，包括marble的編譯、安裝以及如何應(yīng)用；基于marble的空間數(shù)據(jù)顯示真實(shí)、形象、直觀，三維可視化效果好。基于marble的三維顯示已應(yīng)用在很多實(shí)際項(xiàng)目中，解決了很多實(shí)際問題，具有很好的實(shí)用與經(jīng)濟(jì)價值。

參考文獻(xiàn)

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　　［3］ 宋潔華，郝君，趙志忠，等．基于ArcGIS Engine的三維地理信息軟件設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］．海南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2009, 22(3): 326330.

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