虚拟环境中基于LOD技术的递进网格简化算法研究

论文摘要

随着虚拟现实技术在军事仿真中的应用,关于虚拟战场环境仿真的系统已经逐步在部队演习和平时训练中使用。在虚拟战场环境中,既需要得到非常逼真精致的图像质量,又要满足交互操作的实时性,不能让用户产生画面不连贯的感觉。这就需要用一种既能保证图像质量又能保证交换实时性的方法来实现。本文主要基于LOD(Level of Detail,细节层次)技术,从递进网格中LOD模型的生成到视点相关的网格简化都做了较为深入的研究。本文首先研究了虚拟现实的概念、重要特征、关键技术和应用领域,概述了虚拟战场环境仿真的重要意义。在分析LOD技术概念、研究内容和算法分类之后,比较了一些典型的LOD模型生成算法。本文的主要工作体现在以下两方面：提出并实现了一种新的递进网格简化处理方式。该方法仍以边折叠作为网格简化的基本操作,但是采用了易估算且能反映网格模型几何特征的二次误差值与边的长度和模型表面曲率的乘积来衡量边折叠代价,按照边折叠代价最小原则选取被折叠边。且边被折叠后生成的目标点局限于初始网格模型的顶点集中,不需要存储新点的几何信息。实验结果表明该算法不仅实现简单、运行速度快、占用存储空间小,而且可以保证简化模型同初始模型在几何特征具有较好的相似性。对于大型网格模型,根据视点的不同采用不同的细节进行描述,针对Hoppe的BSP树结构进行了改进。新算法使结点数目大大减少,因此搜索和存储的代价相对减少。在预处理阶段,仅用一次循环遍历就完成了对整个模型的简化,避免了重复简化。从试验结果看,改进算法比原BSP树在构造时间上有所缩短,当场景分辨率变化时不需要再重新构造,其绘制时间就是实时绘制时间,比原算法更具有实时性。因此视点相关的网格简化更适合处理大型三维网格模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 LOD技术的研究背景、目的及意义
• 1.1.1 LOD技术的研究背景
• 1.1.2 LOD技术的研究目的
• 1.1.3 LOD技术的研究意义
• 1.2 LOD技术的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容和结构
• 第二章 虚拟环境中的LOD技术
• 2.1 虚拟现实技术
• 2.1.1 虚拟现实技术研究内容
• 2.1.2 虚拟现实技术的特点
• 2.1.3 虚拟现实的分类
• 2.2 虚拟战场环境
• 2.2.1 虚拟战场环境发展状况
• 2.2.2 虚拟战场环境分类
• 2.2.3 虚拟战场环境系统的基本构成
• 2.2.4 构造虚拟战场环境的关键技术
• 2.3 真实感图形实时绘制技术
• 2.3.1 虚拟场景表示
• 2.3.2 场景坐标系
• 2.3.3 取景变换
• 2.4 LOD技术
• 2.4.1 LOD技术的提出
• 2.4.2 LOD技术的发展
• 2.4.3 典型LOD模型生成算法介绍
• 2.5 本章小结
• 第三章 递进网格中LOD模型的简化算法
• 3.1 LOD模型简化的基本概念
• 3.2 递进网格的基本思想
• 3.3 基于边折叠的LOD模型网格简化
• 3.3.1 Garland的基本思想
• 3.3.2 边折叠代价
• 3.3.3 Garland二次误差算法的提出及改进
• 3.3.4 新顶点的位置确定
• 3.4 LOD模型简化的编程实现
• 3.4.1 程序流程
• 3.4.2 数据结构设计
• 3.4.3 边折叠代价估计和边折叠操作
• 3.4.4 简化时间测定
• 3.5 试验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 视点相关的LOD模型简化
• 4.1 视点相关的LOD模型简化思想
• 4.1.1 视锥准则
• 4.1.2 背面剔除准则
• 4.2 Hoppe的BSP树结构与LOD模型的预处理
• 4.2.1 BSP树的结构
• 4.2.2 用BSP树构造场景
• 4.2.3 Hoppe的BSP树结问题的提出
• 4.2.4 Hoppe的BSP树结问题的改进
• 4.3 视点相关LOD模型简化的编程实现
• 4.3.1 算法描述
• 4.3.2 顶点的展开和收缩过程
• 4.3.3 BSP树的构造算法
• 4.4 试验结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢