WorldWind 学习笔记 五、添加模型

/// <类别> WorldWind 学习笔记
/// <编号> 五、添加模型
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/// <作者简介> /// 本人系2009级武汉大学GIS(地理信息系统)专业本科毕业生，在校期间曾 /// 协助导师完成一个数字地球底层开发工作，核心技术参照《全球多分辨 /// 率虚拟地形环境关键技术的研究》，作者杜莹（2005博士）。初步掌握 /// OpenGL基础知识，暂不了解DirectX3D编程开发，略有接触基于OpenGL和 /// DirectX3D开发的三维开源引擎Irrlicht；目前从事3DGIS相关工作，工作 /// 经验不足半年。趁年轻的时候多学习点东西，借此学习WorldWind的机会， /// 和所有有志之士共同切磋探讨，不足之处还请指出。 /// <联系方式> yangjs6@gmail.com;QQ276993857;WW学习交流QQ群43750224 /// /// <目的宗旨> /// WW作为一项开源项目，大大促进了三维GIS的发展，其社会价值与GE的商业 /// 价值不可同台相比。从05年至今已有大量学者和公司就其进行学习、模仿、 /// 开发。在网上也看到一些学习笔记，其中属“无泪痕”的笔记较易入门。 /// 本人写此学习笔记，重在理清思路，但寻求创新。解决大家最关心的问题。 /// 原则上不重复前人成果，但需要保持体系完善。内容上不拖泥带水，点到 /// 为止。目的上不谋取利益，重在分享。

 
 *  WW1.4对XML配置文件增加了许多新的元素，其中ModelFeature就是用来增加三
 *  维模型的,打开源代码在WorldWind项目里的ConfigurationLoader单元，找到
 *  getRenderableFromLayerFile函数，有这样一段代码：
addModelFeature(iter.Current.Select("ModelFeature"), parentWorld, parentRenderable); private static void addModelFeature(XPathNodeIterator iter, World parentWorld, RenderableObjectList parentRenderable) { if (iter.Count > 0) { while (iter.MoveNext()) { string name = getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.Select("Name")); string refreshurl = getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.Select("RefreshURL")); float lat = Convert.ToSingle(getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.Select("Latitude"))); float lon = Convert.ToSingle(getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.Select("Longitude"))); float alt = Convert.ToSingle(getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.Select("DistanceAboveSurface"))); float scaleFactor = Convert.ToSingle(getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.Select("ScaleFactor"))); string meshFilePath = getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.Select("MeshFilePath")); float rotX = Convert.ToSingle(getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.SelectSingleNode("Orientation") .Select("RotationX"))); float rotY = Convert.ToSingle(getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.SelectSingleNode("Orientation") .Select("RotationY"))); float rotZ = Convert.ToSingle(getInnerTextFromFirstChild(iter.Current.SelectSingleNode("Orientation") .Select("RotationZ"))); ModelFeature model = new ModelFeature(name, parentWorld , meshFilePath, lat, lon, alt,scaleFactor,rotX,rotY,rotZ); model.RefreshURL = refreshurl; parentRenderable.Add(model); } } }

 

 * 根据这些，我们只要生成一个XML文件放到相应模型（如Earth）的配置文件目录，
 * 就可以显示自己的三维模型啦! 以下是模型的例子
 * http://files.cnblogs.com/reonlyrun/ClarkTest.rar
 * 详细文章网上有许多转载,由于在博客园中的原文失效,此处附我自己的转载:
 * http://hi.baidu.com/%B0%D7%B3%D5%B4%F3%CA%E5/blog/item/312558467df09d076a63e588.html
 *
 * 本文的重点在于详细说明模型类ModelFeature的一些问题
 *
 * 1 加载 addModelFeature
 * 模型的加载主要是通过xml文件配置,通过addModelFeature函数读取xml文件,再通过
 * ModelFeature的构造函数实现模型的加载.即为开篇所说的内容,在此不重复.
 * 2 初始化 Initialize

public override void Initialize(DrawArgs drawArgs) { if(!IsVisible(drawArgs.WorldCamera)) return; try { if (meshFileName.EndsWith(".x")) LoadDirectXMesh(drawArgs); else if(meshFileName.EndsWith(".dae")||meshFileName.EndsWith(".xml")) LoadColladaMesh(drawArgs); if (mesh == null) throw new InvalidMeshException(); vertExaggeration = World.Settings.VerticalExaggeration; if (isElevationRelative2Ground==true) currentElevation = World.TerrainAccessor.GetElevationAt(Latitude, Longitude); isInitialized = true; } catch(Exception caught) { Utility.Log.Write( caught ); errorMsg = "Failed to read mesh from " + meshFileName; } }

 * 在初始化函数中重点需要理解的两个函数是IsVisible和LoadDirectXMesh
 * 2.1 IsVisible
 * 在ww中的模型是否可见,是通过视锥裁剪实现的
bool IsVisible(WorldWind.Camera.CameraBase camera) { if(worldXyz == Vector3.Empty) worldXyz = MathEngine.SphericalToCartesian(Latitude, Longitude, camera.WorldRadius ); return camera.ViewFrustum.ContainsPoint(worldXyz); }

 * 此处有一个重要的弊端,即只把一个模型看成一个位置点,而非一个立面体来对待
 * 正确的方法,应该求出模型的包围盒,再通过视锥与包围盒的相交进行判断
 * 参考函数
 * camera.ViewFrustum.Intersects(BoundingBox bb)
 * camera.ViewFrustum.Contains(BoundingBox bb)
 *
 * 2.2 LoadDirectXMesh
 * 熟悉directX 3D的人入门需要学的读取.x模型方法最简单的就是Mesh.FromFile

private void LoadDirectXMesh(DrawArgs drawArgs) { ExtendedMaterial[] materials; GraphicsStream adj; mesh = Mesh.FromFile(meshFileName, MeshFlags.Managed, drawArgs.device, out adj, out materials ); // Extract the material properties and texture names. meshTextures = new Texture[materials.Length]; meshMaterials = new Material[materials.Length]; string xFilePath = Path.GetDirectoryName(meshFileName); for(int i = 0; i < materials.Length; i++) { meshMaterials[i] = materials[i].Material3D; // Set the ambient color for the material (D3DX does not do this) meshMaterials[i].Ambient = meshMaterials[i].Diffuse; // Create the texture. if(materials[i].TextureFilename!=null) { string textureFilePath = Path.Combine(xFilePath, materials[i].TextureFilename); meshTextures[i] = TextureLoader.FromFile(drawArgs.device, textureFilePath); } } }

 

 * 在此处载入模型共需要得到三个数据,分别是mesh(三角网),meshTextures(纹理),
 * meshMaterials(材质属性).其中mesh中主要记录了构成模型的点和三角面信息,
 * meshTextures主要通过TextureLoader.FromFile从文件名读取纹理信息,
 * meshMaterials则主要记录了纹理的材质球信息,包括漫反射/镜面反射等各种信息.
 * 对于有特殊需要的人可以重写该函数,以实现对特定文件的读写.甚至要实现.x文件
 * 的动画效果,还需要读取x文件的骨骼和动画信息,都需要重写该文件.
 * 以上获得的三部分数据,将直接用于渲染.
 *
 * 3 更新 Update
 * 此处的更新,只是针对初始化标志进行更新,即如果图形有任何改动(如地形放大倍数
 * 改变/高程有更新需要重新贴地等),进行重新初始化

public override void Update(DrawArgs drawArgs) { if(!isInitialized) Initialize(drawArgs); else if ((vertExaggeration != World.Settings.VerticalExaggeration)&&(isVertExaggerable==true)) Initialize(drawArgs); else if ((isElevationRelative2Ground==true)&&(currentElevation != World.TerrainAccessor.GetElevationAt(Latitude, Longitude))) Initialize(drawArgs); }

 

 * 此处若需要加入模型的动画效果,可重写Update函数,即更新时间和帧率进行控制,
 * 同时由骨骼和动画的一些参数进行更新mesh的顶点和三角面
 *
 * 4 渲染
 * 渲染主要分为三部分内容
 * 4.1 渲染效果控制
 * 4.2 设备矩阵变换
 * 4.3 mesh绘制
public override void Render(DrawArgs drawArgs) { if(errorMsg != null) { //System.Windows.Forms.MessageBox.Show( errorMsg, "Model failed to load.", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Error); errorMsg = null; IsOn = false; isInitialized = false; return; } if(!IsVisible(drawArgs.WorldCamera)) { // Mesh is not in view, unload it to save memory if(isInitialized) Dispose(); return; } if(!isInitialized) return; // 1.设备基本绘制参数设置 drawArgs.device.RenderState.ZBufferEnable = true; drawArgs.device.RenderState.CullMode = Cull.None; drawArgs.device.RenderState.Lighting = true; drawArgs.device.RenderState.AmbientColor = 0x808080; drawArgs.device.RenderState.NormalizeNormals = true; // 灯光设置 drawArgs.device.Lights[0].Diffuse = Color.FromArgb(255, 255, 255); drawArgs.device.Lights[0].Type = LightType.Directional; drawArgs.device.Lights[0].Direction = new Vector3(1f,1f,1f); drawArgs.device.Lights[0].Enabled = true; // 纹理采样的uv设置 drawArgs.device.SamplerState[0].AddressU = TextureAddress.Wrap; drawArgs.device.SamplerState[0].AddressV = TextureAddress.Wrap; // 透明通道的开启 drawArgs.device.RenderState.AlphaBlendEnable = true; drawArgs.device.TextureState[0].ColorArgument1 = TextureArgument.TextureColor; drawArgs.device.TextureState[0].ColorOperation = TextureOperation.SelectArg1; // Put the light somewhere up in space drawArgs.device.Lights[0].Position = new Vector3( (float)worldXyz.X*2f, (float)worldXyz.Y*1f, (float)worldXyz.Z*1.5f); // 2.设备投影变换矩阵 // 模型自身的旋转和缩放 Matrix currentWorld = drawArgs.device.Transform.World; drawArgs.device.Transform.World = Matrix.RotationX((float)MathEngine.DegreesToRadians(Rotx)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationZ((float)MathEngine.DegreesToRadians(Roty)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationZ((float)MathEngine.DegreesToRadians(Rotz)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.Scaling(Scale, Scale, Scale); // 将模型移至地球相应位置 // Move the mesh to desired location on earth if (isVertExaggerable==true) vertExaggeration=World.Settings.VerticalExaggeration; else vertExaggeration=1; drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.Translation(0,0,(float)drawArgs.WorldCamera.WorldRadius + (currentElevation * Convert.ToInt16(isElevationRelative2Ground) + Altitude)*vertExaggeration); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationY((float)MathEngine.DegreesToRadians(90-Latitude)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationZ((float)MathEngine.DegreesToRadians(Longitude)); // 将设备与相机的相对中心配准 drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.Translation( (float)-drawArgs.WorldCamera.ReferenceCenter.X, (float)-drawArgs.WorldCamera.ReferenceCenter.Y, (float)-drawArgs.WorldCamera.ReferenceCenter.Z ); // 3.绘制模型 for( int i = 0; i < meshMaterials.Length; i++ ) { // Set the material and texture for this subset drawArgs.device.Material = meshMaterials[i]; drawArgs.device.SetTexture(0, meshTextures[i]); // Draw the mesh subset mesh.DrawSubset(i); } // 恢复变换矩阵和灯光设置 drawArgs.device.Transform.World = currentWorld; drawArgs.device.RenderState.Lighting = false; }

 *
 * 在此处重点要说明的是2.设备投影变换矩阵,因为这里牵扯到一个在大型游戏世界
 * 坐标中的精度问题.如果不解决,会产生在城市级别的地球漫游中,场景会产生抖动
 * 现象,这是由于在d3d中的渲染采用单精度,对于地球6,000,000多米的场景中,最多
 * 只能精确到0.1米级别的精度.而城市级别的漫游,则会产生明显的抖动现象

 * 有关该问题的详细说明,可参照Andrew Kimse的<游戏编程精粹4>
 * 的中译本第133-143页,我很郁闷的是,在辽东学院学报(自然科学版)2006年9月第
 * 13卷第3期有一篇相似文章<虚拟城市中世界坐标的精度问题及解决方法>王浩涌,
 * 杨艳玲,完全是抄袭!!!不过如果大家很难获得<游戏编程精粹4>的中译本,也可以
 * 通过这个山寨版进行学习.
 *
 * 在此本人提出一种最简单的修改方法,只需要将第二部分修改成以下代码
 *

Matrix currentWorld = drawArgs.device.Transform.World; drawArgs.device.Transform.World = Matrix.RotationX((float)MathEngine.DegreesToRadians(Rotx)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationZ((float)MathEngine.DegreesToRadians(Roty)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationZ((float)MathEngine.DegreesToRadians(Rotz)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.Scaling(Scale, Scale, Scale); // 手动修改变换矩阵,以去除由单精度不足造成的误差 by杨建顺20101019 // Move the mesh to desired location on earth if (isVertExaggerable == true) vertExaggeration = World.Settings.VerticalExaggeration; else vertExaggeration = 1; double radius = drawArgs.WorldCamera.WorldRadius + (currentElevation * Convert.ToInt16(isElevationRelative2Ground) + Altitude) * vertExaggeration; double radCosLat = radius * Math.Cos(MathEngine.DegreesToRadians(Latitude)); Point3d absPosition = new Point3d(radCosLat * Math.Cos(MathEngine.DegreesToRadians(Longitude)), radCosLat * Math.Sin(MathEngine.DegreesToRadians(Longitude)), radius * Math.Sin(MathEngine.DegreesToRadians(Latitude))); Point3d refPosition = absPosition - drawArgs.WorldCamera.ReferenceCenter; drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationY((float)MathEngine.DegreesToRadians(90 - Latitude)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.RotationZ((float)MathEngine.DegreesToRadians(Longitude)); drawArgs.device.Transform.World *= Matrix.Translation( (float)refPosition.X, (float)refPosition.Y, (float)refPosition.Z);

 * 有关drawArgs.WorldCamera.ReferenceCenter相对中心的观点,与前文提到解决精度
 * 问题采用的基片加偏移的方法有异曲同工之秒,但更有方便之片,有兴趣研究的可深入.
 *
 * 对于模型的渲染,还有很多建议:
 * 1 模型优化,根据LOD分级化简点数和页数
 * 2 纹理压缩,采用多级LOD显示
 * 3 分块模型索引管理,视角裁剪优化
 * 这些都将在后续研究中实现,希望本文对研究WW的人有帮助