大规模地形模型可视化技术研究与实现

论文摘要

地形可视化在地理信息系统、虚拟现实、仿真系统和三维游戏等领域占有十分重要的地位。随着数字地球计划的提出,大规模数字地形的可视化已成为近年来国内外众多学者研究的热点之一。本文重点研究了地形可视化领域的关键技术,针对层次细节(Level of Details,LOD)技术作了改进,构造了一个视点相关的连续多分辨率地形模型,设计并实现了一个大规模地形可视化与漫游系统。根据规则格网地形数据的特点,以四叉树结构为基础组织和管理地形数据,提高了地形模型生成和地形节点访问的速度;结合视点位置和地形粗糙度构造了节点评价函数,在模型中有效地融入了地形起伏状况信息,改善了地形细部特征的显示效果;设计实现了裂缝消除算法,通过在分辨率发生改变的相邻节点处增加或删除边,有效地消除了因采用四叉树结构而在邻边产生的裂缝。此外,系统还使用了可见性剔除算法和真实感显示技术,提高了地形渲染的速度和显示效果。本文基于OpenGL构建了一个地形可视化与漫游演示系统,在PC平台上对USGS(U.S.Geological Survey)提供的大规模真实地形数据进行了可视化测试,在漫游过程中平均渲染速度达到每秒30帧以上,渲染输出的地形具有较高的细节精度,并可满足实时性要求。试验结果表明,本文所构造的视点相关的连续多分辨率地形模型可用于大规模地形可视化和实时漫游系统的开发。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 地形可视化的概念
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 地形数据分页
• 1.3.2 可见性剔除
• 1.3.3 层次细节LOD 技术
• 1.4 主要内容和组织结构
• 第2章 地形模型生成及简化算法
• 2.1 三维地形生成技术
• 2.1.1 基于真实数据的地形生成技术
• 2.1.2 基于分形算法的地形建模技术
• 2.1.3 基于数据拟合的地形仿真技术
• 2.2 LOD 模型简化算法
• 2.2.1 LOD 算法简介
• 2.2.2 LOD 算法分类
• 第3章 视点相关连续多分辨率地形模型的生成及渲染
• 3.1 地形的四叉树结构表示
• 3.2 多分辨率地形模型生成
• 3.3 多分辨率地形模型渲染
• 第4章 裂缝消除与可见性剔除
• 4.1 裂缝消除
• 4.2 可见性剔除
• 4.2.1 背面剔除
• 4.2.2 视景体裁剪
• 第5章 真实感场景生成技术
• 5.1 光照和材质
• 5.2 纹理映射
• 5.3 雾化效果
• 第6章 系统设计与实现
• 6.1 系统构建平台及工具
• 6.2 系统设计与实现
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文