基于VSD与LOD算法的大规模三维地形实时显示方法研究

论文摘要

地形信息的可视化在地理信息系统、仿真系统、虚拟现实系统和三维游戏等领域中占有十分重要的地位。随着遥感技术、卫星技术以及计算机技术的快速发展,人们希望能够观察到更广阔更真实的地形,对地形的实时绘制提出了更高的要求。本文针对当前三维地形可视化及其实时绘制技术的研究现状,在吸取三维计算机图形学、科学计算可视化、虚拟现实的先进理论和技术成果的基础上,围绕地形三维可视化及其实时绘制技术中的VSD(可见性判别)、LOD(细节层次)模型等核心技术内容展开讨论与研究。主要的工作内容包括:◆介绍了大规模地形实时可视化的应用背景。指出了两种提高绘制效率的途径:可见性判别算法、多分辨层次细节层次算法。总结了目前这一领域已有文献中所提出的若干技术路线。◆介绍了目前大规模地形实时绘制中的重要方法可见性判别算法,重点研究了背面剔除、视域剔除与遮挡剔除的工作原理。叙述了多分辨率层次细节模型的特征和类别,以及涉及到的一系列相关问题。探讨了层次细节技术在大规模地形绘制中的应用—地形多分辨率模型,列举和讨论了有代表性的一系列算法。提出了一种新的地形多分辨率模型实时生成算法,该算法通过保守地估计简化后的近似网格的模型空间误差在屏幕空间的投影值,选取恰当的分辨率,在降低模型几何复杂度的同时保证了简化模型的精度,并且在计算和存储上均十分有效。◆提出了一套有效的大规模地形数据实时可视化方案。在该方案下有效地融合了可见性判别算法和地形多分辨率层次细节模型。此外还采用了纹理映射、光照处理等一系列方法,使得地形绘制的质量和效率更高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 可见性判别研究现状
• 1.2.1 From-point的可见性判别
• 1.2.2 From-region的可见性判别
• 1.3 细节层次技术的研究现状
• 1.3.1 离散LOD模型
• 1.3.2 连续LOD模型
• 1.3.3 多分辨率模型
• 1.4 本文的工作和目标
• 1.5 论文的章节安排
• 第2章 可见性判别算法
• 2.1 可见性概述
• 2.2 实时绘制中的可见性
• 2.3 大规模三维地形绘制中的可见性判别
• 2.3.1 背面剔除
• 2.3.2 视域剔除
• 2.3.3 遮挡剔除算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 多分辨率细节层次模型
• 3.1 ROAM算法
• 3.1.1 三角形二叉树结构与数据存储方式
• 3.1.2 地形分辨率的选择
• 3.2 QuadTree算法
• 3.2.1 四叉树结构与数据存储方式
• 3.2.2 地形分辨率的选择
• 3.3 基于QuadTree的视相关层次选择算法
• 3.3.1 地形分块与分层结构
• 3.3.2 Block层次的选择
• 3.3.3 裂缝的消除
• 3.3.4 突跳感的消除
• 3.3.5 Block尺寸的选择
• 3.3.6 数据结构和简要实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 大规模三维地形显示方案的设计与实现
• 4.1 OpenGL概述及其基本功能
• 4.2 大规模三维地形的实时显示方案设计
• 4.2.1 地形显示引擎的设计
• 4.2.2 地形数据接口设计
• 4.2.3 地形绘制模块的设计
• 4.2.4 地形更新模块的设计
• 4.2.5 控制接口的设计
• 4.3 系统实现
• 4.3.1 数据接口实现
• 4.3.2 地形绘制的实现
• 4.3.3 控制接口与地形更新的实现
• 4.3.4 系统中的其他非重要因素
• 4.4 本章小结
• 第5章 地形绘制加速算法的测试
• 5.1 评价标准的建立
• 5.2 算法性能测试
• 5.3 试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢