home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Monster Media 1996 #15 / Monster Media Number 15 (Monster Media)(July 1996).ISO / cad / 3dem30.zip / README.TXT < prev   
Text File  |  1996-04-27  |  24KB  |  435 lines

  1.     OPERATING INSTRUCTIONS FOR 3-DEM RAYTRACE SOFTWARE (Version 3.0)
  2.  
  3.  
  4. 1. CONCEPT OF OPERATION
  5.  
  6.    3-DEM will produce ray traced landscape scenes and flyby animations from
  7. USGS Digital Elevation Model (DEM) files, USGS Digital Chart of the World
  8. (DCW) files, NASA Mars Digital Topographic Map (DTM) files, or any
  9. topographic data file which is organized by rows and columns of elevation
  10. data. 3-DEM can produce color three dimensional projections, or red-blue
  11. projections which require the use of red-blue 3D glasses for viewing.
  12. Completed scenes can be saved as Windows bitmaps for transfer to other
  13. applications.
  14.  
  15.  
  16. 2. EQUIPMENT REQUIRED
  17.  
  18.   3-DEM is designed to run under Windows 95 with 256 color graphics. Use of
  19. greater than 8 bit color may produce unpredictable results and is NOT
  20. RECOMMENDED. A 486 or better microprocessor and math co processor are
  21. recommended. You won't be happy with the program's speed if you use anything
  22. less than this. At least 8 MBytes of memory is REQUIRED. And if you can
  23. afford 16 MBytes, it will significantly improve performance on large DEM
  24. files.
  25.  
  26.  
  27. 3. SEQUENCE OF OPERATIONS - 3D RAY TRACING
  28.  
  29.    To produce a three dimensional scene you must perform four operations in
  30. sequence with the 3-DEM software as follows:
  31.  
  32.    STEP 1 - Load a new DEM, DCW, DTM, or Data Matrix file and draw an
  33. overhead map of scaled altitude data. Select the file to be loaded into 3-DEM
  34. from the "File" menu. If the file is of the correct type, 3-DEM will draw an
  35. overhead map of the entire geographical area with color scaled to the
  36. altitude at each point on the map.
  37.  
  38.    STEP 2 - Choose an area from the overhead map for conversion into a three
  39. dimensional scene. Click the left mouse button at the location on the
  40. overhead map which interests you. The area to be converted will be outlined
  41. by a black rectangle. The observer's location and direction of view are
  42. indicated by a notch in one side of the outline rectangle. Move the outline
  43. rectangle while holding down the left mouse button. Rotate the outline
  44. rectangle while holding down the right mouse button and moving the mouse left
  45. or right at the bottom of the display window. You can also make fine
  46. adjustments to the rotation of the outline rectangle using the left and right
  47. arrow keys. Choose "1x" or "4x" from the "Area" menu to select the size of
  48. the scene. Choose "Show Scale" from the "Scale" menu to display an indication
  49. of the horizontal and vertical scale (in kilometers) of the selected area.
  50.  
  51.    STEP 3 - Compute and display a three dimensional wireframe preview of the
  52. area selected from the overhead map. Choose "Wireframe Preview" from the
  53. "Operation" menu and a dialog box will appear giving you selection of the
  54. detailed parameters required for the three dimensional projection. Each of
  55. these selections is described in the following paragraph entitled "Projection
  56. Parameters." Initially however, you should accept the default values by
  57. clicking the "OK" button. 3-DEM will then draw the three dimensional
  58. wireframe preview. If you are not satisfied with the view, you may go back to
  59. the "Overhead Map" and adjust the outline rectangle position or rotation. Or
  60. you may adjust any of the projection parameters by choosing "Wireframe
  61. Preview" again from the Operation Menu. 
  62.  
  63.    STEP 4 - Once you are satisfied with the wireframe preview, compute and
  64. display a three dimensional ray-traced image of the selected geographical
  65. area. Your ray traced image may be a projection from center eye, left eye, or
  66. right eye viewpoints, or a red-blue projection requiring 3D glasses . Choose
  67. "3D Ray Trace" and either "Center", "Left", "Right", or "Blue/Red" from the
  68. "Operation" menu and 3-DEM will then compute the selected ray-traced
  69. projection. Depending on the size of the scene and the speed of your
  70. computer, this operation can take from 3 minutes to an hour. Relax and be
  71. patient. Once the ray-tracing is complete, you may save the image as a
  72. windows bitmap by choosing "Save BMP" from the File menu.
  73.  
  74.  
  75. 4. SEQUENCE OF OPERATIONS - FLYBY ANIMATION
  76.  
  77.    A flyby animation is a stored series of 3D scenes (or frames) which are
  78. played back rapidly in sequence to produce the appearance of a flyby. To
  79. produce a flyby animation you must perform four operations in sequence with 
  80. the 3-DEM software as follows:
  81.  
  82.    STEP 1 - Load a new DEM, DCW, DTM, or Data Matrix file and draw an
  83. overhead map of scaled altitude data. Select the file to be loaded into 3-DEM
  84. from the "File" menu. If the file is of the correct type, 3-DEM will draw an
  85. overhead map of the entire geographical area with color scaled to the
  86. altitude at each point on the map.
  87.  
  88.    STEP 2 - Choose a flyby path across the overhead map. Choose "Flyby Map"
  89. from the "Operation" menu to initialize a flyby path. The flyby starting
  90. position and observer's area of view are outlined by a black rectangle. The
  91. end of the flyby path is shown by the "x" marker. Click and drag the center
  92. of the observer's rectangle to the desired start of the flyby path. Then
  93. click and drag the "x" marker to the desired end of the flyby path. Rotate
  94. the outline rectangle while holding down the right mouse button and moving
  95. the mouse left or right at the bottom of the display window. The entire
  96. length of the flyby path will be drawn as an arc from the chosen starting
  97. position to the chosen ending position.
  98.  
  99.    STEP 3 - Compute and display wireframe previews of selected animation
  100. frames. Choose "Flyby Preview" from the "Operation" menu and a dialog box
  101. will appear giving you selection of the detailed parameters required for the
  102. 3D projection of individual flyby frames. An individual frame is selected as
  103. the "Current Frame" in the "Frame View" group of this dialog box. Each
  104. preview selection is described in the following paragraph entitled
  105. "Projection Parameters." Initially however, you should accept the default
  106. values by clicking the "OK" button. 3-DEM will then draw the three
  107. dimensional wireframe preview of the current frame. You should preview
  108. several frames along the path in this way to be certain that the flyby path
  109. is acceptable. You also have the option at this point of ray tracing
  110. individual frames in order to check the color and shading to be used in the
  111. final animation. If you are not satisfied with any frame along the path, you
  112. may go back to the "Flyby Map" and adjust the flyby path. Or you may adjust
  113. any of the projection parameters by choosing "Flyby Preview" again. 
  114.  
  115.    STEP 4 - Once you are satisfied with wireframe previews of several frames
  116. along the flyby path, compute and store the complete flyby animation. Choose
  117. "Flyby Raytrace - Entire Path" from the operation menu. You will be requested
  118. to give a filename for the animation, and then 3-DEM will proceed to compute
  119. a ray traced image of each frame in sequence. The animation will be stored in
  120. the specified file as a sequence of compressed images.
  121.  
  122.    The size of an animation file can be very large, depending on the frame
  123. size and total number of frames. Below is a comparison of file sizes for a 50
  124. frame animation from the US Grand Canyon DEM at low color resolution.
  125.  
  126.              Size 480 x 360        Size 640 x 480
  127.  
  128. Height Shading        2.7 MByte        4.2 MByte
  129.  
  130. Illum Shading        3.6 MByte        5.4 MByte
  131.  
  132. R/B Shading        4.0 MByte        6.1 MByte
  133.  
  134.    Fifty frames is a practical minimum flyby length and, for 480 x 360 size,
  135. can be computed in about 2 hours with a 486 DX2 computer. Animations of three
  136. or four times this length are much more spectacular but take much longer to
  137. compute. If you are lucky enough to have a fast Pentium processor your
  138. computing time will be significantly reduced.
  139.  
  140.    When selecting a flyby path, keep the path length to a reasonable
  141. distance. Smoother animations result from short distances between animation
  142. frames. Also, a flyby which covers 500 Km in 10 seconds will not be very 
  143. realistic.  If your animations appear jumpy, reduce the distance between
  144. animation frames   
  145.  
  146.    Once a flyby animation has been completed and stored in a file, it may be
  147. played back by choosing "Open Flyby" from the "Flyby" menu.  Repeated
  148. playback of the file may then be made by choosing "Play Flyby" from the
  149. "Flyby" menu. 
  150.  
  151.  
  152. 5. DETAILED PROJECTION PARAMETERS
  153.  
  154.    Before 3-DEM computes a wireframe preview, you will be presented with a
  155. dialog box for selection of detailed projection parameters. Each of these
  156. parameters is described here.
  157.  
  158.    LEGEND - The Legend is text which will appear at the top of your finished
  159. three dimensional scene. Initially, this legend is read from the DEM file
  160. header. Legends in Flyby are printed at the bottom of the screen. Adjust the
  161. text to your own preference.
  162.  
  163.    SCENE TILT - The scene can be tilted to the observer's line of sight by a
  164. value of 0 to 45 degrees. A tilt of 0 indicates that the observer's line of
  165. sight is parallel to the base of the scene. The default value of 26 degrees
  166. usually gives a suitable result for a foreground projection. Use a smaller
  167. value (12 to 16 degrees) for a background projection. See the description of
  168. foreground and background projections which follows. 
  169.  
  170.    VERT MAGNIFICATION - Large scale DEMs and DTMs often show very low relief
  171. features. Vertical magnification increases the height of surface features to
  172. make them more visible in the three dimensional projection. Don't hesitate to
  173. use magnifications of 200% to 300% or to improve the appearance of your
  174. scene. The default value of vertical magnification is 100%, but you should
  175. change this value if you are not satisfied with the appearance of the
  176. wireframe preview.
  177.  
  178.    VERT SHIFT - Occasionally, you may wish to shift the vertical position of
  179. your projection on the screen to obtain the best scene. Enter the number of
  180. screen lines to be shifted, where positive values shift the image toward the
  181. top of the window, and negative values shift the image toward the bottom.
  182. Normally you will not need to change vertical shift from a value of zero.
  183. However, this control gives you the flexibility to do so if needed.
  184.  
  185.    FLYBY ALTITUDE - The flyby altitude can be adjusted to improve the
  186. appearance of the flyby. The initial value will be a high altitude above the
  187. landscape surface. Lower values may be chosen depending on the terrain. It is
  188. best not to set altitude lower than the maximum terrain altitude given by the
  189. overhead map scale.  Otherwise you may fly into a mountain peak. Flyby
  190. altitude and scene tilt are the two most important factors in the appearance
  191. of a flyby animation. Experiment with these two values to obtain the best
  192. flyby appearance.  In general, your flyby will appear more realistic if you
  193. increase the tilt to the point that no sky is visible and the view of the
  194. surface fills the frame.
  195.  
  196.    ILLUMINATION - The three dimensional ray tracing is computed using one
  197. source of illumination at the azimuth and elevation angles chosen here. These
  198. directions are relative to the observer at all times. Zero degrees azimuth
  199. indicates a source directly in front of the observer, while 180 degrees
  200. azimuth indicates a source directly behind the observer. Zero degrees
  201. elevation indicates a source on the horizon, while 90 degrees elevation
  202. indicates a source directly overhead. Thus the default values of 240 degrees
  203. azimuth and 60 degrees elevation indicate an illumination source over the
  204. left shoulder of the observer. Experiment with these values if you find a
  205. need to change the appearance of light and shadow in your three dimensional
  206. projection.
  207.  
  208.    COLOR SELECTION - The color selection made here determines the
  209. combination of colors which will be used in the final 3D scene. The "Height"
  210. selection provides the most realistic color by allowing color scaling based
  211. on terrain height as well as the direction of illumination. The "Illum"
  212. selection provides a scene using only a single color which is shaded in
  213. accordance with the direction of illumination. The "R/B" and "B/R" selections
  214. provide a 3D scene for viewing with red-blue lens 3D glasses. There is no
  215. standard arrangement for the red and blue lens of 3D glasses. Some glasses
  216. have the red lens on the right, some on the left. Choose "R/B" for red over
  217. the left eye or "B/R" for red over the right eye. 
  218.  
  219.    TERRAIN - Normally, terrain is a combination of mountains and plains with
  220. lighting determined by the azimuth and elevation of the illumination source.
  221. However, if you are developing a scene containing the ocean's surface you may
  222. want the ocean to appear uniformly dark rather than appear as a brightly
  223. lighted plane. Choose "Mountain and Plain" for normal scenery, or "Island and
  224. Ocean" for scenery including the ocean's surface. You can also use the
  225. "Island and Ocean" setting for scenes in which there are rivers or lakes.
  226.  
  227.    If you are developing an island and ocean scene, the shape of the shore
  228. line may be adjusted by selection of a "Sea Level" value. You may need to
  229. experiment by raising or lowering the sea level to achieve the proper shore
  230. line or river bank. This setting is ignored for a mountain and plain scene.
  231.  
  232.    PROJECTION - "Foreground" and "Background" options are provided for the
  233. three dimensional projection. A foreground projection is centered at the
  234. surface of your CRT screen and projects into the space in front of the
  235. screen, giving an image that you can literally reach out and touch. This
  236. effect is best seen using a Blue/Red projection and 3D glasses. A background
  237. projection is a more conventional projection behind the surface of your 
  238. CRT screen and is more suitable for large scale scenery views.  Experiment
  239. with these options in the wireframe preview before computing the
  240. ray-traced image.
  241.  
  242.    FRAME VIEW - The "Current Frame" for flyby preview and "Number of Frames"
  243. for the entire flyby animation may be selected here. Fifty frames is a
  244. practical minimum number for an enjoyable flyby. The maximum number of frames
  245. is determined by your disk space and the time you are willing to spend
  246. computing the animation.
  247.  
  248.    FRAME SIZE - Animations may be sized as 480 x 360 or 640 x 480. Make your
  249. selection here. The smaller frame size takes less time to compute, and
  250. generally plays back at a higher speed. Experiment with these selections and
  251. pick the size you prefer.
  252.  
  253.    RESOLUTION - Animation frames may be produced in either high or low color
  254. resolution.  High resolution is best, but produces the largest sized
  255. animation files.  Low resolution provides only 1/2 the number of individual
  256. colors, but reduces the size of the flyby animation file.  Experiment with
  257. high and low color resolution when you preview flyby frames.  The choice
  258. is often determined by the nature of the terrain.  
  259.  
  260.  
  261. 6. COLOR ADJUSTMENTS
  262.  
  263.    PEAK AND VALLEY - After a 3D ray-traced scene has been generated, you can
  264. adjust the colors of many features of the scene using the "Color" menu items.
  265. Provided you have chosen "Height" color scaling from the projection
  266. parameters, the "Peak" and "Valley" selections here provide adjustment for
  267. the color at the highest and lowest scene elevations. You might, for example,
  268. choose dark colors for the lowest elevations and light colors for the highest
  269. elevations. 3-DEM will automatically calculate a smooth transition of colors
  270. between the peaks and the valleys. You also have the option of adding snow
  271. cover to the peak elevations.
  272.  
  273.    OTHER COLOR ADJUSTMENTS - You also have the option of adjusting the
  274. colors of the sky, the ocean, the edge of a foreground projection, or the
  275. text of the scene legend.
  276.  
  277.  
  278. 7. USGS DIGITAL ELEVATION MODEL (DEM) FILES
  279.  
  280.    SOURCES OF DATA - DEM files are available via ftp for most of the United
  281. States and many other areas of the globe. Spectrum.xerox.com has a good
  282. selection of high resolution 7.5' DEM files for ftp. The USGS offers a large
  283. selection of 1 degree DEM files for ftp from edcftp.cr.usgs.gov. Also try
  284. http://edcwww.cr.usgs.gov/doc/edchome/datasets/edcdata.html.  Choose either
  285. 7.5 Min DEMs or 1 Degree DEMs under the Topographic Data selection.  A good
  286. choice is Grand Canyon East in the Arizona listing. Be sure to download the
  287. compressed version. The uncompressed DEM is about 10 MB. You will need gzip
  288. to decompress these files.
  289.  
  290. Bruce M. Gittings maintains a comprehensive listing of DEM data available
  291. world wide at http://www.geo.ed.ac.uk/home/ded.html. 
  292.  
  293.    USING DEM FILES - Choose Open "USGS DEM" from the "File" menu to select a
  294. DEM file.  DEM files must be named *.dem to be recognized by the program.
  295.  
  296.  
  297. 8. USGS DIGITAL CHART OF THE WORLD (DCW) FILES
  298.  
  299.    SOURCES OF DATA - Digital Chart of the World (DCW) data consisting of
  300. elevation measurements at intervals of 30 by 30 arc seconds (about 1KM) are
  301. available for large areas of the globe for no cost via ftp from
  302. edcftp.cr.usgs.gov in the directory pub/data/30ASDCWDEM.  Also try
  303. http://edcwww.cr.usgs.gov/doc/edchome/datasets/edcdata.html and choose
  304. DCW DEMs from the Topographic Data selection.  
  305.  
  306.    USING DCW FILES - Choose Open "USGS DCW" from the "File" menu to select a
  307. DCW file. DCW files must be named *.bil, and have an associated header file
  308. named *.hdr. The header file contains information about the number of rows
  309. and columns, the latitude and longitude limits etc. If the header file is
  310. present, 3-DEM will read this information from it. If the header file is not
  311. present, you will have to enter this information yourself in the "DCW File
  312. Parameters" dialog box which will appear.  
  313.  
  314.    LATITUDE - Enter here the latitude of the South Edge and the North Edge
  315. of the entire DCW file. North latitudes are positive and south latitudes are
  316. negative.
  317.  
  318.    LONGITUDE - Enter here the longitude of the West Edge and the East Edge
  319. of the entire DCW file. West latitudes are negative and east latitudes are
  320. positive.
  321.  
  322.    MATRIX DIMENSIONS - Enter here the number of rows and columns of the
  323. entire DCW file.
  324.  
  325.    VERTICAL UNITS - Enter here the unit of measure of the amplitude data
  326. contained in the DCW file (meters or feet).
  327.  
  328.    MISSING DATA - Some DCW files will fill in missing data points with a
  329. fixed value other than zero. Sometimes a large negative number such as -9999
  330. is used to distinguish missing data points. If you know this value, enter it
  331. here. Otherwise enter zero.
  332.  
  333.    SCENE LATITUDE AND LONGITUDE - After you enter DCW file parameters,
  334. another dialog box will prompt you for the latitude and longitude of the area
  335. within the DCW which you wish to view.  Use the sliders provided to select a
  336. center latitude and longitude for your scene. 
  337.  
  338.  
  339. 9. NASA MARS VIKING ORBITER DIGITAL TERRAIN MODEL (DTM) FILES
  340.  
  341.    SOURCES OF DATA - DTM files for Martian landscapes are available on NASA
  342. CDROM. Volume 7 of the 14 Volume Mars Digital Image Map collection contains
  343. the Digital Topographic Map of the entire surface of Mars. This CDROM is
  344. available for a modest price from the National Space Science Center. Contact
  345. request@nssdca.gsfc.nasa.gov to request a copy of the NSSDC CDROM catalog.
  346.  
  347.    DTM files on the NASA CDROM are named as "tg00n000.img" or
  348. "tg00s000.img" where "00n" or "00s" are degrees latitude (north or south)
  349. and "000" is degrees west longitude. Note that 3-DEM will also process the
  350. large scale "te" and "tc" DTMs on the NASA CDROM. However, these files are
  351. so large that you should not attempt them without 16MB of RAM. The CDROM
  352. also contains digital photographic images of the surface of Mars named as
  353. "mg00n000.img" or "mg00s000.img." Don't confuse these photo files with the
  354. digital topographic map files. DTM files are binary files (unlike the ASCII
  355. DEMs) and are easily digested by the 3-DEM software. 
  356.  
  357.    DTM files for Martian landscapes are also available on line at
  358. http://cdwings.JPL.NASA.GOV:80/jukebox/viking/vo_2007/. Here you will see a
  359. large group of folders with names beginning with the letters "mg" and "tg".
  360. Always choose a "tg" folder to get digital maps ("mg" files are photo
  361. images). The following files are good choices:
  362.  
  363.      tg15S067.img    Valles Marineras area
  364.       tg00N067.img    Valles Marineras area
  365.       tg45S010.img    Crater Lohse
  366.       tg45S270.img    Crater Krishtofovich
  367.       tg45N070.img    Crater Tanais
  368.  
  369. Your best approach is to know in advance the latitude and longitude of a
  370. feature you wish to explore, and then select the appropriate map for
  371. downloading. 
  372.  
  373.  
  374. 10. MATRIX DATA FILES
  375.    
  376.    SOURCES OF DATA - Matrix data files are available on the Internet. Try
  377. http://imager.ldeo.columbia.edu/ridgembs/ne_pac/html/home.html
  378. as a source of bathymetric data from several ocean areas of the world. Data
  379. which can be processed by 3-DEM are available here as *.cdf files which are
  380. made up of a 1468 byte header followed by matrix elevation data in 32 bit
  381. floating point format (Big Endian). The horizontal grid spacing and number
  382. of matrix columns and rows are given for each file, so that all the
  383. information needed by 3-DEM is available. 
  384.  
  385.    USING MATRIX DATA FILES - Choose "Matrix" from the "File" menu, and you
  386. will be presented with a dialog box for specification of the needed matrix
  387. parameters.
  388.  
  389.    DATA FORMAT AND OFFSET - Elevation data must be defined as signed or
  390. unsigned 16 or 32 bit integers (INT OR UINT), or as 32 bit floating point
  391. values (FLOAT). Also, if the matrix data file has a header section prior to
  392. the start of the elevation data, specify the header size here as "Offset" in
  393. bytes.
  394.  
  395.    DATA BYTE ORDER - You must also specify the byte order of the elevation
  396. data. Most data files produced by machines with Intel processors will contain
  397. "Little Endian" data in which the least significant byte is first in the data
  398. word. Other computers (such as the Macintosh) will produce files of "Big
  399. Endian" data in which the most significant data byte is first in the data
  400. word. You will find topographic data of both types on the Internet, and this
  401. selection gives you the option of processing both.
  402.  
  403.    MISSING DATA - Some matrix data files will fill in missing data points
  404. with a fixed value other than zero. Sometimes a large negative number such as
  405. -9999 is used to distinguish missing data points. If you know this value,
  406. enter it here. Otherwise enter zero.
  407.  
  408.    MATRIX DIMENSIONS - You must also specify the matrix size as number of
  409. columns (width) and number of rows (height). Column order may be specified as
  410. West to East, or East to West. Row order may be specified as North to South,
  411. or South to North. 
  412.  
  413.    HORIZONTAL GRID SPACING - You must also specify the horizontal grid
  414. spacing for the data matrix. This is just the physical distance between map
  415. grid points in the horizontal plane and usually varies from 10 meters to 500
  416. meters or more. 
  417.  
  418.    VERTICAL UNITS - Finally, you must specify the unit of measure of elevation
  419. data stored in the data matrix (meters or feet).
  420.  
  421.    OTHER CONSIDERATIONS - You may find large matrix files which require more
  422. system memory than you have available, or are so large that processing time
  423. is excessive. When this happens, you can choose to load a partial matrix
  424. consisting of a limited group of matrix rows. Choose a byte offset to the
  425. start of a row of interest, and then choose a limited number of rows to be
  426. analyzed. The number of columns should always be equal to the full column
  427. dimension of the matrix file.  
  428.  
  429. 11.  REPORTING BUGS 
  430.  
  431.    Please report any bugs or send any questions to me at rshorne@mnsinc.com
  432. or rshorne@delphi.com. I'm also interested in any comments or suggestions
  433. for improvement of 3-DEM.                    Richard Horne
  434.  
  435.