基于小波变换的动态地形的实时绘制

论文摘要

动态地形多分辨率建模是虚拟环境建模技术中的重要研究内容之一,体现了实体与地形间的实时交互作用,在军事仿真、城市规划等领域有着广泛的应用需求。现有的动态地形实时绘制方法主要存在两个问题:一是压缩地形数据,建立多分辨率模型问题;二是支持形变区域数据的多精度扩展,对形变区域进行实时绘制问题。针对这两个问题,本文在分析研究现有地形绘制技术和小波多分辨率分析的基础上,结合动态地形应用特点,围绕动态地形的多分辨率表示、简化及帧间连贯性等方面进行了分析和研究:1、根据三维地形高程数据结构特点,选用B-样条小波和Mallat算法对地形高程数据进行多分辨率处理,克服了地形数据量庞大、简化速度慢和变换后信号特征与原始信号之间存在较大误差等问题。2、视景体内不同地形块要根据视点距离采用不同的分辨率,以视距作为度量尺度,提出了同级分辨率下阈值细化的小波渐进重构准则,实现了动态地渐进重构不同细节的地形网格。随着视点的移动,实现了地形模型间的平滑切换。并对建立的多分辨率模型进行比较分析。3、针对基于小波的地形建模及动态发生变化时表现的局部特征,提出了顶点插入准则和基于活跃区域单元格的方法对形变区域及活跃区域进行采样精度的动态扩展方法。同时针对小波构建多分辨率模型的特殊方法,解决了块间和块内的“裂缝”及帧间连贯性问题。最后,通过实验对该方法进行验证,与已有算法生成LOD需要的三角形个数和地形绘制的帧率进行比较分析。结果表明,该方法可以更好地达到动态地形连续多分辨率的表现效果,并能满足实时绘制的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文研究内容
• 1.5 论文组织
• 第二章 三维地形建模技术
• 2.1 引言
• 2.2 三维地形多分辨率模型
• 2.2.1 三维地形模型的概念
• 2.2.2 多分辨率及其定量描述
• 2.2.3 多分辨率三维地形模型及其分类
• 2.3 三维地形静态建模研究
• 2.3.1 基于规则格网的简化方法
• 2.3.2 基于不规则格网的简化方法
• 2.4 三维动态地形建模研究
• 2.4.1 单纯格网点高程变化的动态建模
• 2.4.2 加密规则格网高程点的动态建模
• 2.4.3 基于三角网的动态地形建模
• 2.5 算法性能评价
• 2.5.1 三维地形模型的误差控制
• 2.5.2 三维地形建模的精度评估
• 2.6 小结
• 第三章 基于B样条小波的地形模型简化
• 3.1 引言
• 3.2 小波多分辨率变换
• 3.2.1 小波的定义
• 3.2.2 B-样条小波特性
• 3.2.3 多分辨率与Mallat分解重构算法
• 3.3 基于 B-样条的 DEM 数据变换过程
• 3.3.1 DEM 数据的 B-样条小波变换
• 3.3.2 边界处理
• 3.4 DEM基于小波系数的简化表示
• 3.4.1 四叉树结构简化网格的形成
• 3.4.2 小波渐进重构准则
• 3.4.3 系数阈值选取准则
• 3.4.4 支持三角形划分的查找表
• 3.5 绘制算法
• 3.5.1 地形数据的预处理
• 3.5.2 可视区域的判断
• 3.5.3 子块分辨率门限的计算
• 3.6 结果分析
• 3.6.1 小波系数的比较分析
• 3.6.2 地形模型的表示与绘制
• 3.6.3 误差分析
• 3.7 小结
• 第四章 动态地形中变化区域的绘制
• 4.1 引言
• 4.2 基于小波的多精度数据的处理
• 4.2.1 地形的多精度数据
• 4.2.2 顶点插入准则
• 4.2.3 单元格的精度扩展
• 4.2.4 变化区域的扩展
• 4.3 裂缝处理
• 4.3.1 块内的裂缝处理
• 4.3.2 块间的裂缝处理
• 4.4 基于RQ的帧间连贯性处理
• 4.5 小结
• 第五章 实验结果及相关比较分析
• 5.1 引言
• 5.2 主要类模块
• 5.2.1 RQuadTreeSG模块
• 5.2.2 RQuadTreeNode模块
• 5.2.3 TerrainPatch模块
• 5.2.4 TerrainRender类
• 5.3 算法比较分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 存在的问题及工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢