论文题目: 虚拟战场环境的大规模三维地形建模与绘制
论文类型: 硕士论文
论文专业: 计算机科学与技术
作者: 杨旭东
导师: 李思昆
关键词: 虚拟战场,大规模地形,数据组织与调度,实时绘制,过程几何,细节纹理
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 三维地形是虚拟战场环境中虚拟自然场景的重要组成部分。由于大规模虚拟战场的范围很大，三维地形数据量十分庞大，为了实现逼真、实时的显示与交互，大规模三维地形建模与绘制至今仍面临很多技术挑战。 本文面向大规模虚拟战场环境的应用需求，对大规模三维地形数据的组织模型、调度方法、实时绘制算法以及过程细节生成等关键技术进行了深入的研究，并完成了算法实现。本文完成的主要工作和取得的主要研究成果包括： (1)针对大规模三维地形数据不能全部贮存于系统内存中，本文提出了基于地形瓦片四叉树的数据组织模型。为了解决大规模地形数据内外存调度问题，本文提出了以地形概要金字塔为基础的高性能调度算法，有效提高了地形数据在cache中的命中率。实验表明，本文的方法在运行时需要的内存空间远小于国外一些典型的地形绘制算法，可以有效的解决地形数据组织与调度问题。 (2)基于地形概要金字塔，提出并实现了瓦片地形块与批LOD相结合的地形绘制算法。引入“索引模板”的概念，并应用它来实现相邻但具有不同分辨率的地形块之间的无缝拼接。经过实验分析证实，我们的地形绘制算法与国内外一些典型算法相比，具有算法简单、绘制速度快、充分发挥GPU功能、绘制效果逼真等特点，很好的满足了大规模地形实时漫游的需要。 (3)针对大规模三维地形绘制面临的规模与精度之间的矛盾，本文利用Perlin噪声方法生成分形面，提出了基于地形瓦片四叉树的过程几何实时合成算法，在漫游过程中实时地进行地形几何网格加密。本文所提出的地形过程细节纹理实时合成算法和动态块纹理预计算方法，将地形纹理的层次存储机制与地形几何网格数据采用一致的方法处理，有利于系统最优性能的发挥。实验表明，本文的实时合成过程细节算法具有很好的绘制速度与逼真效果。 (4)在上述研究成果基础上，设计并实现了大规模三维地形漫游系统“MuseViewer”。通过对漫游系统的测试表明，该系统具有运行时占用内存较少、漫游速度快、场景真实感较好等特点，很好地实现了虚拟战场环境的大规模三维地形的建模与绘制。
论文目录:
图目录
表目录
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
§1.1 课题背景
1.1.1 虚拟现实与分布式虚拟现实
1.1.2 虚拟战场的提出与发展
1.1.3 虚拟空间战场环境
1.1.4 大规模地形建模与绘制
§1.2 课题研究目标与难点
§1.3 本文主要研究工作
§1.4 文章结构
第二章 大规模地形数据组织与调度
§2.1 数字地形模型概述
2.1.1 DTM和DEM
2.1.2 DEM的表示法
2.1.3 DEM的主要表示模型
2.1.4 DEM计算地形属性
§2.2 相关研究工作
§2.3 基于瓦片四叉树的地形数据组织模型
§2.4 基于概要金字塔的地形数据调度算法
2.4.1 地形概要金字塔
2.4.2 地形块缓冲池与Hash表
2.4.3 基于TSP的地形调度算法
2.4.4 多线程模式下的地形调度算法
§2.5 实验结果分析
2.5.1 地形数据组织与效率分析
2.5.2 地形数据调度的内存命中率分析
§2.6 本章小结
第三章 大规模地形绘制算法
§3.1 相关研究工作
3.1.1 层次细节技术
3.1.2 多边形网格的连续LOD
3.1.3 规则网格的连续LOD
3.1.4 基于GPU的地形绘制算法
3.1.5 地形可见性剔除
§3.2 衔接性索引模板
3.2.1 索引模板
3.2.2 不同分辨率地形块之间的缝合
3.2.3 衔接性索引模板
3.2.4 应用JIT实现地形块的无缝拼接
3.2.5 限制性四叉树
§3.3 地形绘制算法
3.3.1 本文地形绘制算法基本思想
3.3.2 醒目度定义及判别式
3.3.3 可绘可见四叉树
3.3.4 结点的序号表示及相互关系定义
3.3.5 构造限制性可绘可见四叉树
§3.4 实验结果分析
§3.5 本章小结
第四章 大规模地形的过程细节生成
§4.1 引言
§4.2 相关研究工作
4.2.1 大规模纹理映射
4.2.2 过程几何与细节纹理
§4.3 地形过程几何
4.3.1 利用Perlin噪声构造分形面
4.3.2 分形几何细节到原始地形的映射
§4.4 实时合成细节纹理
4.4.1 合成细节纹理
4.4.2 动态块纹理预计算
§4.5 实验结果分析
§4.6 本章小结
第五章 大规模地形漫游程序框架设计与实现
§5.1 大规模地形漫游系统框架设计
§5.2 实时处理程序框架UML结构图
§5.3 地形漫游程序流程
第六章 总结与展望
致谢
攻读硕士期间发表的论文
参考文献
发布时间: 2006-09-14
参考文献
- [1].虚拟战场环境的三维地形构建技术研究[D]. 许建中.上海交通大学2007
- [2].基于三维地形的前视扫描声纳模拟技术的研究[D]. 蔡毅.哈尔滨工程大学2015
- [3].基于OpenCL的三维地形生成技术的研究与实现[D]. 刘继申.中国科学院大学(中国科学院沈阳计算技术研究所)2017
- [4].三维地形/场景匹配与配准方法[D]. 高嘉瑜.西安电子科技大学2014
- [5].大规模三维地形仿真研究[D]. 郭垒.解放军信息工程大学2012
- [6].三维地形/场景匹配与配准的理论与方法研究[D]. 贾文静.西安电子科技大学2015
- [7].三维地形自动生成技术研究及其实现[D]. 辛玉龙.哈尔滨工程大学2012
- [8].三维地形快速生成算法[D]. 徐超.河北工程大学2011
- [9].基于粒子系统的虚拟战场环境模拟[D]. 蒋道琛.安徽大学2012
- [10].基于纹理映射算法的三维地形重构的研究与实现[D]. 李娇.哈尔滨工程大学2008
相关论文
- [1].一种大规模地形场景的绘制方法[D]. 邬彩霞.大连理工大学2007
- [2].大规模三维地形数据组织和调度方法研究[D]. 狄超.长春理工大学2007
- [3].基于GPU的大规模地形场景绘制关键技术研究[D]. 额尔敦达来.国防科学技术大学2006
- [4].虚拟战场环境三维可视化关键技术与实现[D]. 刘扬.首都师范大学2005
- [5].虚拟战场环境生成技术研究[D]. 陶定峰.南京理工大学2005
- [6].真实感三维地形造型及可视化[D]. 侯波.电子科技大学2005
- [7].基于OpenGL的虚拟战场环境构建[D]. 马峰.大连理工大学2006
- [8].大规模虚拟战场环境中海洋场景的建模与绘制技术研究[D]. 陆志慧.国防科学技术大学2005
- [9].三维地形建模实现方法研究[D]. 齐轶.贵州大学2006
- [10].基于DEM数据的三维地形建模方法研究与实现[D]. 胡少林.国防科学技术大学2002