基于OpenGL的虚拟地形生成技术研究与实现

论文摘要

虚拟地形的生成技术是目前人们广泛关注和研究的热点课题,它的应用涉及到战场环境仿真、城市景观规划、虚拟旅游、户外游戏、影视制作、虚拟现实等众多应用领域。本文针对当前虚拟地形生成技术的研究现状,在吸取三维计算机图形学、计算几何、虚拟现实的先进理论和技术成果的基础上,围绕虚拟地形生成技术中的获取地形数据、分形地形模拟、三维真实感地形生成、地形简化和多分辨率表示、实时优化技术、纹理的合成和多分辨率显示等核心技术内容展开讨论。所做的主要工作有:1.基于OpenGL三维图形库及其工作原理,对三维真实感地形生成的基本过程(包括表面建模、取景变换、可见面识别、光照模型、明暗处理等)进行了详细剖析,给出了一些加强渲染效果和加快绘制速度的具体措施。2.研究了地形数据的不同来源,并比较了由它们生成的虚拟地形的不同,提出了一种合成地形数据的方法。通过将分形地形数据、噪声地形数据和从高度图中获得的地形数据融合在一起,实现了对生成的地形特征更加灵活的控制。3.详细分析了自适应多分辨率地形绘制技术,对Lindstrom提出的细化标准进行了改进,提出了在绘制地形坡度面时的共面简化准则,并用实验证明了它的有效性,解决了在绘制共面性较好的地形坡度面时的三角形冗余问题。4.建立了地形实时多分辨率框架绘制结构。采用长边对分的细化方法,按照建立层次包围球、实时细化、视域裁剪、顶点渐变的步骤,再应用内存映射技术和多线程调度方法,建立了一个绘制虚拟地形的框架结构。5.实现了多层次地形表面纹理合成和多分辨率地形纹理显示。通过将表示不同地理特征的位图根据地形的各种约束条件,合成地形表面纹理,并利用地形块分割方法,实现了地形纹理在漫游时的多分辨率显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 三维真实感图形生成技术
• 1.2.2 人工地形模拟和合成
• 1.2.3 地形简化和多分辨率表示
• 1.2.4 纹理映射技术
• 1.3 研究目标和内容
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 基于OpenGL的真实感虚拟地形基本绘制技术
• 2.1 OpenGL概述
• 2.1.1 OpenGL在Windows下的工作原理
• 2.1.2 OpenGL的图形操作步骤
• 2.1.3 VC结合OpenGL实验平台的搭建
• 2.2 三维真实地形显示的一般过程
• 2.2.1 表面建模
• 2.2.2 取景变换
• 2.2.3 可见面识别
• 2.2.4 光照模型
• 2.2.5 明暗处理
• 2.3 本章小结
• 第三章 虚拟地形数据的获取和生成
• 3.1 地形数据的表示及分类
• 3.1.1 DTM与DEM
• 3.1.2 DEM的分类
• 3.2 真实地形数据
• 3.3 仿真地形数据
• 3.3.1 工具软件仿真
• 3.3.2 过程仿真
• 3.4 一种合成特征可控的地形数据方法
• 3.4.1 地形高度图
• 3.4.2 三个颜色通道的绘制
• 3.4.3 合成地形数据
• 3.5 本章小结
• 第四章 地形表面的绘制与简化
• 4.1 实时多分辨率地形绘制框架的评价标准
• 4.2 自适应地实时多分辨率地形绘制框架
• 4.2.1 长边对分的细化方法
• 4.2.2 层次性包围球的建立
• 4.2.3 细化标准的改进
• 4.2.4 实时细化
• 4.2.5 视域裁剪
• 4.2.6 顶点渐变
• 4.2.7 优化方法
• 4.2.8 地形绘制的框架结构
• 4.3 实验与结论
• 第五章 地形纹理的合成与多分辨率表示
• 5.1 多层次表面纹理合成技术
• 5.1.1 纹理图像合成
• 5.1.2 地形表面层和属性
• 5.1.3 约束条件
• 5.1.4 光滑过渡
• 5.2 多分辨率地形纹理生成技术
• 5.2.1 四叉树分割
• 5.2.2 地形块分割
• 5.3 实验与结论
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢