1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究对象

osg（全称: openscenegraph）是基于opengl 的高性能、面向对象、跨平台的三维场景渲染引擎，使用c 语言编写而成，它是免费开源的。osg 提供了出色的场景管理和图形渲染优化，被广泛用于虚拟仿真、虚拟现实、科学和工程可视化等领域，例如地理信息系统（gis）、计算机辅助设计（cad）等[4]。osg 具备快速开发、面向对象、高性能、可扩展、可移植、跨平台等特点，是一个成熟的三维场景渲染引擎。

osg 内部科学应用了多种设计模式的思想，充分考虑了三维场景设计的灵活性、扩展性要求，提供了强大的可扩展能力。开发人员可以基于现有的面向对象的osg 类，扩展出特定的场景类、功能、模块，包括数据文件类型、场景结点、事件处理器、回调等。

由于osg 是基于opengl 构建，应用了多种设计模式，充分考虑了引擎可移植的要求，所以osg 可以运行在windows、unix /linux、mac os x 等操作系统，开发人员开发的基于osg 的应用程序可以轻松移植到各个平台和环境。

2. 研究的基本内容与方案

本课题主要通过对OpenScenegGraph和osgEarth的源码分析，设计并实现一个能够显示三维地理空间信息、能够加载特定的三维模型并根据实时信息动态更新的三维数字地球。研究内容包括以下几个部分：首先需要进行二维和三维空间坐标的相互转换，其次加载大容量的地图文件（主要格式为tif和shp格式），最后需要对于三维场景模型进行加载与更新。

首先通过对OpenSceneGraph和osgEarth源码的阅读，了解相关类及其功能，结合Web墨卡托坐标与WGS84经纬度相互转换、LOD技术和缓存四叉树技术设计算法。并证明其可行性。首先实现二维和三维空间坐标的相互转换，之后加载大容量地图文件并对三维场景模型进行加载与更新。最后通过节点动态回调和事件响应实现不同的功能在三维地球的基础上加载空域、航线、航迹等信息。之后完善具体实现三维空间分析与量算工具，对于地形进行高程纹理映射加载等功能。

其中墨卡托(Mercator)投影，是一种“等角正切圆柱投影”，假设地球被围在一中空的圆柱里，其标准纬线与圆柱相切接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把球面上的图形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开，这就是一幅选定标准纬线上的“墨卡托投影”绘制出的地图。WGS84：World Geodetic System 1984，是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统。通过遍布世界的卫星观测站观测到的坐标建立。 两者之间的转换比较简单，可直接通过既有的算法即可转换。LOD技术即Levels of Detail的简称，意为多细节层次。LOD技术指根据物体模型的节点在显示环境中所处的位置和重要度，决定物体渲染的资源分配，降低非重要物体的面数和细节度，从而获得高效率的渲染运算。LOD技术在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性，从而提高绘制算法的效率。缓存四叉树的基本思想是将地理空间递归划分为不同层次的树结构。它将已知范围的空间等分成四个相等的子空间，分别为左上、右上、左下、右下四个子空间，如此递归下去，直至树的层次达到一定深度或者满足某种要求后停止分割。四叉树的结构比较简单，并且当空间数据对象分布比较均匀时，具有比较高的空间数据插入和查询效率，因此四叉树是GIS中常用的空间索引之一。

3. 研究计划与安排

第1-2周：根据论文题目来搜集资料。

第3-4周：利用图书馆的网络及书面资源，搜集大量相关课题资料，并根据自己的学习及研究能力完成开题报告，在老师指导下修改开题报告，确定最终的研究方向和技术路线。

第5-6周：设计合理的数据结构，并证明其可行性。

第7-9周：设计并实现三维数字地球。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]杨化斌.openscenegraph 3.0三维视景仿真技术开发详解[m].北京：国防工业出版社,2012.07

[2]肖鹏,刘更代,徐明亮.openscenegraph三维渲染引擎编程指南[m].北京：清华大学出版社,2010.01

[3]王瑞，钱学雷.openscenegraph三维渲染引擎设计与实践[m].北京：清华大学出版社,2009.11

[4]项杰,靳媛媛,李爱光.osg中三维场景构建的关键技术[j].地理空间信息.2012.10(2):43-45