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的高速發展和廣泛應用，很多應用工程領域需要三維地理信息系統顯示空間數據。據此介紹了marble的特點和應用方式，詳細論述使用VS2008和Qt構建marble源碼的基本過程。應用實例表明，基于marble的空間數據三維圖形顯示真實、形象、直觀。

　　關鍵詞：三維可視化；marble；Qt；VS2008

0引言

　　隨著計算機技術和圖形技術的進步，三維可視化技術得到了迅速的發展，并廣泛應用到了軍事、地理和礦產等諸多領域［16］。為了對空間數據進行可視化應用研究，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用的三維地球模型，則需要大量的人力在很好的硬件環境下花費大量的時間和精力才可完成開發工作，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，如存在三維數據的數據量巨大、代碼數量大、操作繁瑣、瀏覽速度慢及難以脫離專業軟件環境等缺點，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

　　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，輕松地創建地圖、測量距離以及檢索與位置相關細節。marble帶有一個小型數據庫，如果可以連接互聯網，marble可以連接到流行的互聯網百科全書“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域，也可以把地圖區域下載下來，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++圖形用戶界面應用程序框架，它為程序員開發多平臺應用程序提供了方便［9］。marble還有三個非常突出的優點：

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

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

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

2marble應用方式和源碼構建

　　2.1marble應用方式

　　基于marble自身的特點，有兩種方式可以對空間數據進行可視化應用研究。

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

　　(2) 通過編譯源代碼，生成對應的動態庫，在動態庫的基礎上建立一個獨立的程序實現對空間數據可視化的應用研究。

　　本文采用第二種方法實現對空間數據可視化的應用研究，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進行編譯和建立相應的動態庫marblewidgetd.dll，在建立的程序中，調用動態庫marblewidgetd.dll提供的MarbleWidget和zoomView等API生成虛擬三維地球模型。

　　(2) marble分層進行顯示，可通過生成不同的層，顯示對應的不同場景，繼承LayerInterface類，在層上實現三維圖形的顯示、旋轉、平移、縮放和漫游等功能。

　　2.2marble源碼構建

　　以下是編譯marble的具體步驟，操作系統采用Windows。

　　(1)安裝所需要的軟件以及配置相關環境

　　①安裝VS2008；

　　②安裝Qt，同時把安裝路徑加入到系統的環境變量中；

　　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源代碼的構建位置。

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

　　(4)點擊“Generate”生成marble對應的工程。

　　(5)用VS2008打開上步生成的marble工程，進行構建。

　　(6)構建完成后，進行安裝，從而將庫和可執行文件默認安裝在C:\\Program Files\\marble。

　　此時，可以采用調用其生成的動態庫marblewidgetd.dll和靜態庫marblewidgetd.lib進行三維可視化的應用。

3應用實例

　　下面通過繪制地域網格實例說明基于marble的應用開發方法及其三維效果。以三維圖形組件庫為基礎，子類化marble的MarbleWidget類，實現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制實現三維的顯示和交互，具體步驟如下。

　　(1) marblewidgetd.dll、marblewidgetd.lib和相關數據文件放到繪制地域網格工程目錄之下；

　　(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格等圖形三維顯示的函數；以經度50°、緯度10°為圖1基于marble的地域網格中心，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格，其效果圖如圖1所示。

4結論

　　本文進行了基于marble的三維可視化研究，包括marble的編譯、安裝以及如何應用；基于marble的空間數據顯示真實、形象、直觀，三維可視化效果好。基于marble的三維顯示已應用在很多實際項目中，解決了很多實際問題，具有很好的實用與經濟價值。

參考文獻

　　［1］ 楊富民，萬剛，李鋒．復雜戰場電磁態勢三維可視化研究［J］．測繪工程，2012, 21(2): 3538.

　　［2］ 潘立武．基于地理信息系統技術的潰壩洪水三維可視化研究［J］．北京聯合大學學報，2013, 27(4): 1923.

　　［3］ 宋潔華，郝君，趙志忠，等．基于ArcGIS Engine的三維地理信息軟件設計與應用［J］．海南師范大學學報（自然科學版）， 2009, 22(3): 326330.

　　［4］ 申皓，劉青昆，龔蔚青．基于OSG的油藏三維可視化系統研究［J］．微型機與應用，2014, 23(8) : 3234.

　　［5］ 史曉亮．基于Google Earth的潘家窯工區煤田三維地震勘探的技術應用［J］．工程地理物理學報，2014, 11(4): 457461.

　　［6］ 劉家學，鄧飛．基于OSG的飛機3D維修多場景動態調度方法［J］．電子技術應用，2014, 40(2):118121.