三维地形和自然景观可视化研究

论文摘要

三维真实感地形和自然景观的可视化是虚拟现实及可视化技术的基本组成部分,然而,庞大的数据在图形显示硬件有限的条件下不能很好的实时显示和处理。三维地形可视化通常包括地形表面的建模,地形数据的存储与调度以及地形数据的简化三大方面；虽然地形可视化的三个方面都有较好的算法,但它们如何更好的衔接还有待于研究。在对地形精度要求较低时,采用规则格网模型,为了进一步减少冗余数据调入内存,采用改进的预分块方法进一步减少每次处理的数据量；现有的视区裁剪也会产生大量冗余数据,本文采用包围圆锥和包围球相结合的方法解决；为了以较少的地形数据呈现逼真效果,采用基于三角形二叉树的LOD方法对地形简化方法。而在对地形精度要求较高时,通常采用不规则格网模型,但难于组织管理,为了降低管理难度,在远离视点处采用易于管理的规则格网模型处理；在临近视点处采用不规则格网模型处理,并在远处近处使用不同的节点评价系统和裂缝修补方法。这样结合了规则格网和不规则格网建模的优点,降低了其缺点对系统的影响。自然景观可视化可以增加虚拟现实的逼真效果,像雨雪、瀑布这类自然景观的可视化通常采用粒子系统来实现。为了进一步加快显示速度,本文结合LOD方法来分布粒子发射器而减少粒子数目以达到使用较少粒子而显示逼真的效果。实验结果证明了本文算法的正确性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 数字地形模型
• 1.2.2 地形数据的组织和简化
• 1.2.3 基于粒子系统的景观模拟
• 1.3 研究意义
• 1.4 现阶段要解决的问题
• 1.5 本文研究内容和主要工作
• 1.6 本文组织结构
• 第二章 基于不规则格网的地形建模
• 2.1 数字地形模型
• 2.1.1 数字地形模型的分类
• 2.1.2 数字地形建模的关键问题
• 2.2 不规则格网地形建模
• 2.2.1 Delaunay三角网的定义与基本特征
• 2.2.2 Delaunay三角网的生成
• 2.2.3 改进的Delaunay三角网生长的算法
• 2.2.4 带约束的Delaunay三角网构建算法
• 2.3 与规则网格地形的比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 大规模地形数据的分块存储与调度
• 3.1 地形数据组织概述
• 3.2 三维地形数据的分块存储与调度
• 3.2.1 地形数据的分割
• 3.2.2 分块地形的数据存储
• 3.2.3 基于分块的数据调度
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于规则格网模型的LOD地形简化
• 4.1 多分辨率LOD地形的基本概念
• 4.1.1 LOD概念的提出
• 4.1.2 网格简化算法的分类
• 4.1.3 LOD模型的简化算法
• 4.1.4 LOD模型的细节选择
• 4.2 动态多分辨率LOD地形简化
• 4.2.1 二叉树多分辨率地形结构
• 4.2.2 视区的裁剪
• 4.2.3 节点评价系统
• 4.3 地形绘制加速技术
• 4.3.1 三角形条带化
• 4.3.2 显示列表技术
• 4.4 纹理映射
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于四叉树的不规则格网模型的LOD地形简化
• 5.1 地形TIN模型简化概述
• 5.2 地形TIN模型简化技术
• 5.2.1 降低场景复杂度的方法
• 5.2.2 地形LOD模型的生成算法
• 5.2.3 简化算法中常用的基本概念
• 5.2.4 地形简化常用规则
• 5.2.5 改进的基于二次误差度量的简化算法
• 5.3 基于四叉树的TIN的简化技术
• 5.3.1 四叉树的三角划分方法
• 5.3.2 基于四叉树的TIN简化算法描述
• 5.3.3 不规则点集的划分和裂缝的修补
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 地形漫游系统主要功能的实现
• 6.1 系统设计与实现
• 6.1.1 地形数据表示方式的选取
• 6.1.2 地形数据的组织方式
• 6.1.3 地形简化模块
• 6.1.4 自然景观的添加
• 6.2 碰撞检测
• 6.2.1 碰撞检测的基本方法
• 6.2.2 柔性物体的碰撞检测
• 6.3 系统漫游效果
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文