卓亚芬[1]2004年在《ChunkedLOD—海量地形的实时绘制系统》文中研究指明地形的实时绘制在很多游戏和仿真应用中有着非常重要的地位。随着计算机硬件的不断发展和算法的不断改进，我们绘制真实感地形的能力在不断地提高。近年来，随着图形处理芯片(Graphic Processing Unit，GPU)的出现和普及，显卡逐渐成为一个强大的可独立编程控制的设备。变换和光照(Transform & Lighting)、立方环境材质贴图(Cubic Environment Maps)、顶点混合(Vertex Blending)、纹理压缩(Texture Compression)和凹凸映射贴图(Bump Mapping)、双重纹理(Dual Texture)四像素256位渲染等均可以在GPU中完成，大大减轻了CPU的压力，对实时图形渲染产生了深远的影响，这其中包括实时地形渲染。另外，随着遥感技术，卫星技术的发展，使得获得高分辨率的数字几何高程数据以及影像纹理数据成为可能，人们希望观察更广范围更为精细的地形，在许多应用中，地形数据集太大而无法全部容于内存之中，可以称之为海量(out of core)，这就对地形的实时绘制提出了更高的要求。 本文提出了一个有效的，硬件友好的基于外存的海量地形数据实时可视化框架—Chunked LOD。该框架有效地融合了地形的连续细节层次模型和纹理的多分辨率表示。无论是几何数据还是纹理数据均进行了多分辨率组织，并且根据它们在屏幕空间的简化误差实时选取两者恰当的分辨率。该框架还有效地利用了nVIDIA的OpenGL扩展GL_NV_vertex_array_range和GL_NV_fence来对场景的渲染进行加速。它们能够让几何图形高效地传输到GPU，GPU直接访问顶点数据，使得应用程序的执行效率极大提高。 本文第一章简单地介绍了地形实时绘制的应用背景和一些基本概念，对目前这一领域中已有的一些经典算法分别作了综述，并对它们进行了比较。 本文第二章详细地介绍了海量地形实时绘制过程中各种问题的解决方法。提出了一个有效的，硬件友好的海量地形实时绘制框架—Chunked LOD。 本文第叁章描述了海量地形绘制系统—Chunked LOD的组织结构和实现细节，同时给出了部分示例程序和地形绘制的运行结果，并对地形绘制的未来研究方向做了预测。
王倩[2]2016年在《基于LOD和运动预测的大规模地形实时渲染技术研究》文中进行了进一步梳理大规模地形的可视化受益于计算机技术、图形图像技术的日益发展,在诸如地理信息系统、军事模拟训练系统、虚拟现实领域和大场景游戏等领域发挥着重要作用。大规模地形的实时渲染作为大型室外场景不可或缺的部分,近年来逐渐成为图形图像学的研究热点。而在实时渲染时,要满足画面真实感的需求时,往往对地形绘制的实时性是一种挑战。此外,内外存之间调度的大量地形数据对渲染的实时性造成了巨大的影响。细节层次模型(LOD)作为一种保证绘制实时性的经典算法,精简了地形模型,减少了地形绘制所需的叁角形个数,最终达到提高渲染速度的效果。同时,结合合理的磁盘调度,减少内外存之间调度差异带来的延迟,进而保证大规模地形的实时绘制。LOD技术简化所要绘制的事物的表面的细节层次,减少绘制量,很大程度上使得绘制场景简单化,进而提高渲染速度。LOD技术结合人眼观察事物的特点,使得近处的事物采用那个较高层次的细节模型,呈现更加清晰化,而较远事物采用较低层次模型,从而合理的解决场景真实感和渲染速度之间的矛盾。该技术合理有效地解决了视觉画面效果与大规模地形渲染速度之间的矛盾。本文对已有的LOD算法和一些相关调度方法进行了深入学习,从而结合数据结构和地形分块分层技术,提出了基于屏幕误差的LOD模型生成算法;同时,针对内外存之间的读写速度差异问题,采用一种将所需数据提前调入内存的策略,有效的保证大规模地形渲染的实时性。主要工作具体如下:1.针对大规模地形实时渲染问题,深入学习了已有的算法以及相关的一些研究成果,进一步了解了LOD模型在大规模地形实时绘制领域的具体应用,同时,对地形细节层次模型LOD、事物的可见性判定、采用LOD时的数据误差、纹理映射的相关技术以及计算机磁盘合理调度等技术。2.在深入学习已有的基于四叉树的LOD地形实时渲染算法的基础上,提出了一种基于四叉树包围球和屏幕误差的LOD算法。本文的算法将地形渲染的整个过程从预处理阶段和实时绘制阶段两个部分进行探讨,将对地形的分块和构造包围球的工作提前计算,不仅减少了地形数据的存储量,而且很大程度上减少了实时绘制阶段的计算量。实时绘制阶段,依据基于投影和包围球的视锥裁剪方法实时调入可见地形块,结合四叉树结构建立基于包围球屏幕误差的LOD模型,实现大规模地形的实时渲染。实验表明该方法有效地提高了地形渲染速度,一定程度保证了地形渲染的流畅。3.结合改进的LOD算法,提出了一种基于埃尔米特运动预测的地形实时绘制方法。采用埃尔米特插值算法进行视点运动预测,提前加载下一视点位置及视线方向的地形数据,减少了实时绘制时的动态加载量;同时,该算法计算量较小,稳定性较高,在取适当步长的情况下,能获得期望的精度,不会出现Runge现象。实验表明,该方法在渲染地形时,帧速率变化小,提高了地形渲染速度,避免了视觉上的跳跃感。
杨泽东[3]2013年在《叁维地形模型的网络传输及可视化研究》文中认为SAAS (Software as a services,软件服务化)是21世纪新兴起的一种软件应用模式,在SAAS模式中,用户仅需通过浏览器就可实现软件应用。应用程序网络化是实现SAAS的前提,实现单机高效地形可视化算法的网络化应用,对于基于SAAS模式的数字城市建设具有重要意义。相对于网络二维地图,网络叁维地形场景具有符号简单、生动逼真特点,但基于网络的叁维地形场景可视化研究,受到地形数据量大、地形传输耗时、客户端插件等问题的困扰,软件服务化发展较慢。本文针对上述研究难点,做了如下几个方面的研究：1)研究了目前主流高效单机版地形绘制算法——GeoClipmap,在GeoClipmap算法中,每一层LOD (Level of Detail)的数据量是可控且有规律的,具有渲染帧率稳定的优点。本文根据GeoClipmap的规则网格嵌套特性,设计了新型的适用于网络传输的GeoClipmap坐标系以及裁剪机制,利用该坐标系及裁剪机制,根据Clipmap原点,客户端能够快速重构出地形网格的X、Y坐标,相对于传统传输完整地形顶点数据结构的方法,本文方法达到了8倍的压缩率。2)对于地形模型的实时传输,本文从底层扩展设计了WebSocket数据帧结构,并采用WebSocket进行地形网格数据实时传输。通过扩展数据帧结构,实现了以Clipmap层为单位的地形数据实时传输。另外充分结合WebSocket协议小数据包报头特点,可以减少模型传输时间和增加3D模型可传输量。3)对于客户端地形绘制,本文在免安装插件情况下,设计了一种构建叁角条带的新方法,地形网格数据传输至客户端后,通过在每一条叁角条带头尾添加退化叁角形,将方形网格转换为一条叁角条带进行绘制,进一步提高了地形绘制速度。通过上述叁方面研究,本文设计实现了面向网络的免插件地形传输及可视化原型系统,验证了GeoClipmap算法网络化应用的可行性,本原型系统中,每一层255×255地形网格的数据传输量由0.49M减小至0.06M,数据量减少87.8%,相对于GeoClipmap算法,数据量减少51%,大大提高了客户端地形可视化速度。
邹循进[4]2008年在《遥感数字影像处理在叁维地形地貌可视化中的研究与应用》文中研究说明随着遥感数据的空间、光谱、时间和辐射分辨率的不断提高,遥感科学的迅猛发展,以及遥感信息提取数字影像处理算法的不断改进,我们从遥感数据中提取定量信息的能力大大提高,这些信息逐渐成为我们用于理解自然和人文生态系统的空间分布模型的重要参数。叁维真实感地形图能够逼真地反映外部真实世界,在地理信息系统、数字城市、军事领域具有广泛的应用价值。而叁维真实感地形的建立,就需要大量真实遥感数据的支持,两者的有机结合,能够产生高真实感的叁维地形地貌。本文以教育部春晖计划——“基于网格的喀斯特地区数字博物馆的基础研究”为背景,结合遥感数字影像处理,研究叁维真实感地形的建模和可视化方法。研究了多比例尺综合和多细节层次(Levels Of Detail,LOD)地形绘制算法及行列均匀地形绘制算法,提出了基于叁角平面对象的行列均匀地形绘制算法。结合OpenGL索引顶点、显示列表、视觉裁减等技术,提高地形绘制算法的执行效率。利用中巴卫星提供的遥感影像获得梵净山地区的高度图,初步完成梵净山地区的地形绘制。在多波段遥感数据融合的过程中,研究了加权平均融合法、金字塔融合法、HIS变换融合。并提出了,基于最佳指数因子的交互式权值图像融合算法。通过计算最佳指数因子,确定融合的叁个最佳波段,交互式的指定权值,加权融合到RGB叁个通道。实现了真彩图,空间域及频率域图像处理,如图像增强、滤波等。在海量地形绘制方面,提出基于多任务的分块等分辨率地形实时绘制算法,使用多线程实现不同分块的并行绘制。由于分块间的分辨率相同,不存在裙边裂缝问题,独立绘制的分块在绘制后拼合与海量同时绘制效果相同,解决了模型转换时的图像跳跃缺陷。实验显示本算法执行效率快,地形绘制效果良好。基于RGB位平面,研究了大幅纹理图的映射技术,采用了基于颜色材质的块匹配方法。初步完成了梵净山地区的高真实感地形绘制。最后,使用Visual Studio.Net 2005开发了遥感影像处理软件:RmtSenImageProc。
马海凤[5]2015年在《大规模地形可视化技术研究》文中研究指明随着计算机图形学、计算几何和地理信息系统的发展,大规模地形实时可视化技术已广泛应用于军事、地图导航、城市规划等领域。卫星遥感技术的发展使获取高精度的遥感影像信息成为可能,所以绘制出具有高真实感的大规模地形场景已成为迫切需求。但目前计算机硬件水平有限,在对大规模地形进行绘制时往往很难达到人们的要求。因此,基于海量地形数据实现实时多分辨率、高真实感的地形可视化漫游系统具有重要的研究意义。首先,研究了目前主流的地形绘制算法,针对计算机图形硬件显存容量大、计算速度快的特点,借鉴主流算法中经典的数据结构,实现了基于GPU的瓦片四叉树实时绘制算法。使用四叉树的结构对地形块进行层次划分,通过计算某一层次的地形块与视点之间的屏幕误差来判断是否对其子节点进行计算,以减少计算的次数,从而降低计算开销,提升大规模地形的绘制效率。其次,在分析和研究了现有地形数据组织与调度策略基础上,基于改进的LOD算法构建大规模地形的多分辨率模型,选择分层分块方案对地形高程数据和影像纹理数据进行组织,减少了地形数据的存储空间,提高了数据的传输效率;在地形数据实时调度时,改进了视景体相交性测试算法,实现了基于视点的屏幕误差算法,设计了基于缓存的数据预取策略,引入了多线程技术并发处理数据调度和数据绘制。最后,综合地形实时绘制算法和地形数据组织与调度策略,并结合叁维仿真技术,实现基于视点的大规模地形可视化漫游系统,并通过实测数据对比等手段对仿真结果进行了评价,评价结果表明,该大规模地形可视化漫游系统能够有效的提高数据调度效率,利用GPU超强的并行计算能力和四叉树的组织结构,减轻了CPU的计算负担,同时获得了很高的绘制帧频,满足大规模地形场景实时绘制的需求,能有效地测试武器性能和评估作战方案。
郭震[6]2009年在《基于LOD的大规模地形实时绘制技术研究》文中研究说明大规模地形绘制技术在计算机图形学、虚拟现实、地形仿真、游戏领域等方面都有着广泛的应用,也是开发可视化系统、3DGIS领域的研究重点和热点。叁维实时绘制的场景常常包含数百万甚至上千万的叁角形,而且其几何模型还有越来越复杂的趋势。为了加速绘制,一般采用细节层次(LOD)方法,以简化整个场景的复杂度,减少绘制的数据量,提高实时绘制的速度。本文对传统的基于CPU的LOD地形绘制算法,以及最新的基于GPU的LOD大规模地形算法进行了深入研究,提出了改进的LOD算法,主要研究工作包括:1.研究了基于LOD的大规模地形实时绘制的关键技术,包括地形LOD(细节层次)、可见性剔除、空间连续性、视点相关精化、LOD误差度量计算、纹理相关技术等。2.通过对传统的基于四叉树的实时连续LOD地形生成算法的研究,提出了改进的四叉树地形绘制方法,对静态节点评价和边界消除裂痕的方法进行了改进,应用了一个在视锥剔除技术中有别于传统六面法的新的雷达方法,简化了算法实现,提高了绘制速度。3.以改进的四叉树算法为基础,详细阐述了室外场景常用的纹理混合、实时水面、场景雾化等问题的解决途径,设计并实现了一个大规模地形实时漫游系统。4.在深入研究新一代图形渲染硬件的基础上,充分利用GPU的可编程性,提出了改进的Geometry Clipmaps算法,应用简化几何剪切图的数据结构来提高算法的运行速度,改进了视相关裁剪和法线混合方法,同时用棱锥纹理解决大块纹理不能一次载入内存的问题,该算法应用棱锥模型,可以高效的完成大规模地形数据的实时绘制。
陈彪[7]2009年在《叁维地形绘制关键技术研究》文中研究指明在计算机游戏、数字展示平台、飞行器模拟、虚拟战场、GIS系统、室外场景仿真等研究中,叁维虚拟地形的实时及真实感绘制都是其基础内容。由高度场数据构成的地表数据代表了地面环境的基本特征,因此对高度场数据的绘制效率直接决定了叁维虚拟地形实时绘制的效率。然而高度场数据量往往特别巨大,再加上与之联系的纹理数据,往往可达几百兆甚至上吉比特。如此大的数据量对电脑硬件,特别是对个人电脑用户的硬件要求将十分苛刻。因此,叁维虚拟地形的加速绘制方法成为地形绘制的关键而核心的问题。本文在这个问题的驱使下,对叁维地形的绘制方法,特别是针对个人PC电脑,进行了如下分析、总结和研究工作:1、分析和总结了当前地形绘制算法的主要方法,重点对细节层次(LOD)原理进行了分析。然后详细分析和研究了Geomip Mapping几何多分辨率算法、四叉树算法、ROAM算法的原理和实现方法。2、详细介绍和研究了地形绘制中用到的增强真实感技术。分别是光照技术、动态水模拟、粒子系统,并给出了后叁种技术在项目中的实现实例。3、介绍了数字展示平台项目的基本情况。在分析当前主流的地形算法的基础上,结合GPU的硬件特性,对地形渲染方法进行了改进。实现了一种基于GPU的叁维地形绘制算法,并将这种算法应用到具体的项目中进行了实践的检验。最后给出了实验数据和分析,结果显示基于GPU的地形算法能够充分利用GPU的计算能力,减少内存和显存之间的数据传输量,提高GPU和CPU之间的并行性,从而增大每秒钟渲染叁角形的数量,提高渲染效率。
周丁[8]2016年在《面向战场仿真平台的大规模地形实时绘制算法研究》文中研究说明在虚拟战场仿真应用中,地形场景可视化是构建虚拟战场仿真场景的重要组成部分。随着计算机科学技术的飞速发展,虚拟战场仿真需要的场景规模也越来越大,对大规模地形绘制的要求也越来越多。本文面向虚拟战场仿真的应用需求,对大规模地形数据的组织模型、调度算法、实时绘制算法以及过程细节生成等关键技术进行了深入的研究,实现了相关绘制算法,并通过实验验证了该算法的高效性、真实性和实用性。在此算法的基础上,实现了大规模地形场景可视化。最后结合已完成的大规模地形场景,实现了大规模虚拟战场仿真平台中叁维场景可视化。本文完成的主要工作和取得的主要研究成果如下:(1)针对大规模地形数据不能全部贮存于系统内存中,本文使用了一种基于四叉树的数据组织模型。为了解决大规模地形数据内外存调度以及地形绘制稳定性问题,本文提出了一种基于四叉树的平滑LRU地形调度算法。通过实验表明,本文的调度算法可以有效的提高地形绘制的稳定性,并且可以有效的解决地形数据组织与调度问题。(2)深入研究了基于视域相关的地形绘制算法,针对其地形效率低、存储量大等问题,本文提出了一种基于改进的视域相关的LRU地形绘制算法,本算法的改进主要是体现在采用降采样的方式进行地形块组织以及建立地形块四叉树索引进行快速检索,并且构造节点分辨率评价函数进行视区裁剪算法。经过试验分析证实,该算法与视域相关的地形绘制算法相比较,具有绘制速度快、真实性高、实时性强、帧速率低的等特征。实现了大规模地形场景的可视化,使其具有高效性、真实性和实时性。(3)在上述研究成果上,设计了依托于大规模地形的虚拟战场仿真平台。用户可以通过配置仿真脚本,进行态势作战推演,从而更好地分析作战方案的合理性,检验作战计划的有效性。为其加入了海洋、天空盒、光照等效果,很好的提高了场景的真实性。
吴兰[9]2007年在《叁维地形场景实时绘制技术研究》文中指出叁维地形场景实时绘制在虚拟现实、地理信息系统、仿真系统等领域中占有十分重要的地位。本文主要研究工作如下：通过3DS MAX创建叁维地形场景中的实体模型，可弥补VRML在建模方面的不足，介绍了用3DS MAX和VRML实现实体模型创建和交互的技术。研究了行列均匀双循环地形绘制算法，结合索引顶点数组，提高行列均匀双循环地形绘制算法的执行效率。利用中巴卫星提供的遥感影像获得黄果树地区的高度图，初步完成黄果树地区的地形绘制。提出基于局部熵的连续多分辨率地形实时绘制算法，使用局部熵因子作为新的粗糙度拆分判断因子。由于局部熵取值范围的不确定性，要对局部熵因子自底向上进行误差扩散，从而消除节点间可能产生的裂缝。实验显示局部熵因子能更好地评价节点的粗糙度。分析了实时优化自适应网格的地形绘制算法，该算法在执行多分辨率的地形绘制时要沿对应二叉树执行递归操作，增加了程序的执行开销。介绍了几何多重映射地形绘制算法，该算法将地形分成独立小块，通过改变高分辨小块内的构网方式来消除裂缝。本文提出几何多重映射的裙边填充算法，算法采用了对任意大小的地形分块、投影误差的计算、裂缝的裙边填补、不可见地形小块的剔除、顶点数组的叁角形带等技术。基于此算法，研究了大幅纹理图的分割映射技术，建立了纹理小块和对应地形小块的管理框架，初步完成了黄果树地区的地形绘制。
陈伟磊[10]2011年在《大规模复杂场景中地形的实时绘制和优化渲染研究》文中研究表明自20世纪90年代初以来,虚拟现实技术一直是计算机图形学领域的重要研究课题之一。叁维真实感地形是虚拟自然环境不可缺少的因素,是虚拟仿真研究领域的重要组成部分。然而,由于硬件技术和数据传输技术的局限性,实时显示复杂地形场景和实时处理大规模地形数据成为地形生成技术的难点。因此,如何实现大规模复杂地形场景的逼真渲染效果,并实现地形场景绘制的实时性成为国内外研究的热点。本文主要对地形的实时绘制和优化渲染进行了深入研究,应用可见性剔除技术和细节层次技术,并结合实时优化自适应网格算法,分形算法,四叉树递归分割算法,GeoMipMap算法,提出了有效的简化策略。将地形简化技术的应用领域分为两大类进行了研究。对需要用真实的数据来建立地形模型并且动态漫游的情况,通过对实时优化自适应网格算法进行改进来提高地形绘制帧率,优化地形渲染效果。在该简化方案中,将可见性剔除技术进行进一步简化,屏幕误差判据采用嵌套包围球法和屏幕误差法相结合来改进。当模拟一个具有真实感的虚拟地形场景,而不需要用真实地形数据来建模时,采用分形算法用少量的数据来生成复杂的地形图像,并对其进行参数分析和渲染优化来大大增强图像的逼真度。由于分形算法有细节层次的局限性,将其分别与具有细节层次的动态四叉树算法、动态GeoMipMap算法相结合,两种设计方法均计算简单,图像质量逼真生动,地形场景不仅具有随机性、真实性,而且还具有动态性和实时性。本文对上述研究成果在理论上进行了详细说明,又通过计算机仿真验证了简化算法的正确性和实时性。
参考文献：
[1]. ChunkedLOD—海量地形的实时绘制系统[D]. 卓亚芬. 浙江大学. 2004
[2]. 基于LOD和运动预测的大规模地形实时渲染技术研究[D]. 王倩. 太原理工大学. 2016
[3]. 叁维地形模型的网络传输及可视化研究[D]. 杨泽东. 南京师范大学. 2013
[4]. 遥感数字影像处理在叁维地形地貌可视化中的研究与应用[D]. 邹循进. 贵州大学. 2008
[5]. 大规模地形可视化技术研究[D]. 马海凤. 西安电子科技大学. 2015
[6]. 基于LOD的大规模地形实时绘制技术研究[D]. 郭震. 苏州大学. 2009
[7]. 叁维地形绘制关键技术研究[D]. 陈彪. 电子科技大学. 2009
[8]. 面向战场仿真平台的大规模地形实时绘制算法研究[D]. 周丁. 北京理工大学. 2016
[9]. 叁维地形场景实时绘制技术研究[D]. 吴兰. 贵州大学. 2007
[10]. 大规模复杂场景中地形的实时绘制和优化渲染研究[D]. 陈伟磊. 燕山大学. 2011
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