基于分形的三维地形生成和多分辨率LOD简化

论文摘要

三维地形场景的生成和绘制追求的两个目标是绘制的逼真度和绘制的实时性,需要在不明显降低图像质量的条件下保持较高的交互帧速率。随着虚拟现实技术应用的深入,人们对虚拟场景的复杂度和真实感要求越来越高,远远超过了计算机图形硬件实时处理能力。因此迫切需要解决场景的复杂性和交互实时性这一矛盾,如何在计算机上进行三维地形场景的真实感绘制是一个挑战性课题。本文将分形生成技术与多分辨率地形简化算法相结合,应用于大规模三维地形虚拟场景生成技术中。主要内容包括以下几个方面:首先,综述了近年来国内外关于三维分形地形生成方法和多分辨率LOD算法的研究现状。然后,研究了三维分形地形的生成方法,改进了MPD方法中随机偏移量的计算方法,提高了地形生成速度,并针对MPD地形生成算法存在所生成地形块中山峰的位置和高度不可预测和不可控制的缺点,提出了两种改进的MPD算法,根据实际需求限定的峰值参数来生成三维分形地形;论述了一种基于融合椭圆抛物面的MPD地形生成算法,通过加权偏移融合算法,将带可调参数的椭圆抛物面与MPD算法生成的分形地形曲面融合在一起,得到形状可控的分形地形,大量的实验结果和参数分析表明,该算法具有快速性和良好的地形形状可控性。接着,探讨了视相关的M进制小波变换压缩DEM的方法,利用二进制小波变换和多进制小波对原始DEM数据进行压缩简化,实验结果表明在压缩率相同的情况下,M进制小波变换压缩DEM的精度更高;提出了两种新的节点评价准则,改进了已有的基于局部熵的视相关算法,通过实验对比验证了它们在简化速度上的优越性。最后,在手动漫游中设计了各种参数,选择不同的观察方式;采用纹理映射技术增强了地形的逼真度,实现了三维地形的动态实时显示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 三维地形生成技术和LOD 算法研究现状
• 1.3.1 三维地形生成技术
• 1.3.2 LOD 算法研究进展
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 1.5 本论文的主要创新点
• 第二章 基于分形理论的三维地形生成方法
• 2.1 分形几何的产生和概念
• 2.2 分形布朗运动
• 2.2.1 分形布朗运动的定义
• 2.2.2 分形布朗运动的性质
• 2.2.3 FBM 参数对模拟地形的影响
• 2.3 三维分形地形的生成方法
• 2.3.1 三维分形地形生成的主要方法
• 2.3.2 随机中点位移法的原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于 MPD 的限定峰值地形生成算法
• 3.1 引言
• 3.2 基于Diamond-Square 算法的限定峰值算法
• 3.2.1 Diamond-Square 算法
• 3.2.2 改进的随机偏移量
• 3.2.3 算法实现及参数分析
• 3.2.4 基于 Diamond-Square 算法的限定峰值算法及实验结果
• 3.3 基于三角形分裂的限定峰值算法
• 3.3.1 三角形分裂算法
• 3.3.2 基于三角形分裂的限定峰值算法
• 3.3.3 实验结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于融合椭圆抛物面的MPD 地形生成算法
• 4.1 MPD 算法对地形的控制
• 4.2 基于融合椭圆抛物面的 MPD 地形生成算法
• 4.2.1 算法的提出
• 4.2.2 加权偏移融合算法
• 4.2.3 融合椭圆抛物面的参数控制
• 4.3 局部平滑
• 4.4 实验结果和分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于M 进制小波变换的三维地形简化
• 5.1 M 进制小波多分辨率分析的原理
• 5.1.1 M 进制小波
• 5.1.2 多分辨率分析
• 5.2 基于 M 进制小波变换的三维地形简化
• 5.2.1 二进制小波简化DEM
• 5.2.2 M 进制小波简化 DEM
• 5.2.3 视相关的M 进制小波简化DEM
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于四叉树的多分辨率LOD 地形简化算法
• 6.1 引言
• 6.2 基于四叉树的多分辨率 LOD 简化算法
• 6.2.1 算法思想
• 6.2.2 分块策略
• 6.2.3 裂缝消除
• 6.3 节点评价机制研究
• 6.3.1 基于地形粗糙度的评价准则
• 6.3.2 视相关评价准则
• 6.3.3 综合地形特征和视相关因素的评价机制
• 6.4 实验结果与分析比较
• 6.5 本章小结
• 第七章 基于 OpenGL 的三维地形显示技术
• 7.1 OpenGL 概述
• 7.2 OpenGL 三维地形显示流程
• 7.3 纹理映射
• 7.4 漫游技术
• 7.4.1 手动漫游
• 7.4.2 自动漫游
• 7.5 三维地形显示实例
• 7.6 本章小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 本文的主要工作
• 8.2 进一步的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文