三维分形地形生成关键技术的研究与实现

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,它的应用涉及到三维地形导航、战场坏境仿真、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。本文结合三维地形导航应用,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,提出了细化标准改进方法,补充了共面性的简化准则,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。最后将一些优化方法应用到算法中,通过实验证明,补充的简化准则是有效的,整个地形绘制框架运行是流畅的,符合交互性的要求。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.对增强三维地形真实感的软阴影算法进行了研究,并结合三维地形的具体特点进行了应用。采用改进的阴影增强算法后,在绘制地形表面框架结构的基础上,除了几何形状、纹理色彩外,给地形添加依据不同位置的光源而产生的阴影,则更能增加三维地形的立体真实感。

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 三维分形地形的自动变形
• 3.1 分形布朗运动
• 3.1.1 真实地形的数学特征
• 3.1.2 分形布朗运动与真实地形
• 3.2 分形地形的生成
• 3.2.1 随机中点位移法
• 3.2.2 噪声合成法
• 3.3 分形地形的一种自动变形算法
• 3.3.1 高斯函数
• 3.3.2 评价标准的定义
• 3.3.3 搜索变形区域
• 3.3.4 试验结果
• 3.4 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满足的要求
• 4.2 多分辨率地形的实时绘制
• 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 地形阴影的生成与表示
• 5.1 基于光线跟踪的软阴影算法
• 5.2 基于阴影映射的实时软阴影算法
• 5.2.1 传统的阴影算法
• 5.2.2 改进的阴影映射算法
• 5.3 本章小结
• 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