大区域地形可视化技术的研究

近年来，地形场景的实时绘制已受到人们越来越广泛的关注，目前已经提出的一系列场景加速绘制算法,虽然在不同的应用场合也取得了一定的效果，但都存在着局限性，尚不能满足大区域地形环境的实时高速绘制的要求，而与其密切相关的技术主要涉及到地形多分辨率表示、海量地形数据和纹理数据的分页管理、地形和纹理数据的LOD控制、地形和纹理数据的快速存取和更新等．为了能够对地形场景进行实时绘制，在对大区域地形数据管理和实时绘制技术进行研究和试验的基础上，对构建视相关动态多分辨率模型的方法进行了改进，实现了地形模型多分辨率表示与视相关的有机结合，并提出了一种高效的场景数据存取方法，进而实现了一个整合自适应三角网剖分、地形场景数据分页管理和动态更新等相关技术于一体的地形三维可视化系统，试验结果表明，该算法能够实时绘制地形场景，且质量较好．     

超量外存地表模型的实时绘制技术

提出一种分块策略对规则网格进行区域分割,采用空间填充曲线对分块内网格点进行多分辨率排列,并基于分块多分辨率对地形网格实时调度和页面预取．文中算法利用块模型进行分块视域剔除和分块LOD场景渲染．在多线程分块多分辨率调度和渲染策略下,大大减少了模型的I／O负载,可以在有限环境下满足实时场景绘制要求．     

大规模地形的LOD生成算法研究

为了实时地绘制大规模地形数据,提出了一种改进的实时连续LOD生成算法.该算法采用分块分层的思想,首先将大规模高程数据进行分块,然后对块中数据按照分辨率的大小分层存储.根据视点位置和网格空间对象误差的关系建立基于四叉树的LOD模型,从而提高了大规模地形的绘制效率.使用该方法描述了太湖流域的地形,取得了良好的绘制效果.     

三维动态多分辨率地形模型的研究

为了绘制大规模地形图,适当地减少数据,利用四叉树结构存储采样点,提出了一种与地形特征和视点相关的实时动态的多分辨率地形模型。在三维场景漫游和切换中,采用二级缓冲机制实现场景数据的快速调度和绘制,同时提出了基于细分评估函数的自适应LOD算法。随着分辨率的动态变化,实时递归地构建绘制当前视域地形所需的数据集。而且在起伏变化大的地形中利用有限的采样点,根据地形特征进行距离加权插值,最终提高特定地区的分辨率和绘制效果。     

基于视角的可视区动态裁剪算法研究

讨论了地形绘制中可视区裁剪技术及基本原理，提出一种地形实时绘制中基于LOD技术的可视区裁剪方法。该方法通过设定分辨率级别，动态建立与各分辨率级别相应的视图体和地形节点包围球，有效地判断地形节点与视图体的关系，快速的建立LOD模型。     

基于Creator创建大规模场景的LOD技术研究

细节层次（LOD）技术主要用来对多边形的简化,其目的是从最原始精确的模型中提炼出一系列能够反映重要特征的简化模型,来降低场景的复杂度,实现场景的实时绘制。文章从地形和地物两个角度给出了基于Creator下生成LOD模型的方法,提出了建筑物LOD模型建立的原则,结合实验,对比了Polymesh与Delaunay两种算法生成地形LOD的优缺点,并通过Irregular Mesh算法来提高Polymesh算法的精度和设置合适的容差值来控制Delaunay算法生成的多边形数目。     

基于Java3D多分辨率LOD地形可视化研究

针对网络虚拟环境的地形可视化方法进行了研究.提出利用构建网络环境中三维多分辨率地形LOD可视化方法.采用四叉树管理地形数据,随着视点变换,通过地形块网格细分可以实时生成连续的多分辨率地形网格,有效地消除了地形块之间的网格裂缝.基于Jaya3D场景图管理和更新地形数据和渲染.在场景绘制过程中,依据视距对不同地形块用不同分辨率的地形网格表示,在不影响真实感的同时,可以有效降低DEM节点数据量,达到实时渲染的目的.最后,通过DEM数字地形高程模型证明了算法的有效性.     

LOD模型生成算法研究

细节层次模型(LOD)是指对同一个场景或场景中的物体，使用具有不同细节的方法得到一组模型，供绘制时使用。建立LOD模型能很有效地降低数据量和复杂度，实现三维场景的实时处理。文中通过对LOD模型生成算法进行分析，研究了基于点删除算法的多分辨率模型生成方法、递进网格的简化算法、基于二次误差度量的几何简化算法等三种算法的实现步骤和误差计算方法。为以后在地形可视化、虚拟现实等领域的应用提供了理论依据。     

层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速绘制

大规模地表模型的实时绘制是虚拟现实技术中重要的研究课题之一。为了加速地表模型的绘制，人们采用视点相关的动态多分辨率层次细节模型方法，但是算法效率依然有待提高。该文提出一种层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速地形绘制方法。算法旨在利用地表模型所具有的horizon特性在预处理中为地表多分辨率块模型建立相应的层次“块”可见性结构，快速判定地形块相对于当前视点的可见性，以减少多分辨率模型中模型细节的处理和绘制三角形的数目。同时为消除地表模型层次变化所带来的可见性错误，算法提出一种层次结构可见性计算方法，以修正多分辨率模型所带来的可见性动态变化。实验结果表明算法有效地提高了绘制效率，是可行的。     

一种基于半边折叠的多分辨率模型构造方法*

虚拟现实的真实感限时图形生成中加速技术十分关键, 细节层次模型(LOD)在实时绘制复杂场景中得到了广泛应用。提出了一种基于半边折叠的多分辨率模型构造方法,该算法能够快速简单并有效地减少模型的多边形数,同时将简化记录紧致地存储在隐含着多分辨率模型的单分辨率模型中,减少了存储空间,并能实现快速地提取及显示。     

基于libMini的动态地形实时渲染算法

为了减少地形动态变化时的地形计算时间,满足动态地形实时可视化的需要,在地形渲染库libMini的基础上,依据地形动态变化的局部性特点,以及库中LOD(Level ofDetail)算法的具体实现方式,运用局部更新的思想,提出了一种动态地形实时计算和渲染算法.算法避免了在地形动态变化时进行大量重复计算,使得在地形动态变化时所需的计算量大大减少,达到实时渲染要求.实验表明,算法使得局部地形动态变化时地形计算和渲染的时间从秒级降低到毫秒级,可以满足实时渲染要求.     

基于分形维数的地表模型多分辨率动态绘制

以基于分形维数的树状结构组织三维地表网格模型,实现了与视点相关的连续多分辨率地表模型简化及实时绘制.算法分为预处理和实时绘制两个阶段.在预处理阶段,通过分形维数评价地表的复杂度,建立自适应的树状结构,计算出所有顶点的误差值.在绘制阶段,则根据视距、视角等因素动态地确定需保留的顶点集,并采用受限四叉树方法实时三角化得到所需分辨率下的三角网格近似模型.该算法具有两个优点:一个是地表模型的分层区域划分考虑了地形本身的复杂度;另一个是建立了视点相关各参数与所采用的分辨率表示的直接关系.实验表明,此算法简单、有效,支持对地表模型的交互式实时动态绘制.     

一种基于四叉树的大规模地形实时生成算法

论文分析了现有地形简化算法,提出了一种基于地形四叉树实时构建地形多分辨率模型的优化算法,该算法采用分层分块的思想。首先将大规模高程数据进行分块,然后对块内数据按照分辨率的大小分层存储,并给出一种与视点相依赖的对地形节点误差进行评价的方法,在网格的生成中只使用一次四叉树遍历,从而大大提高了渲染速度。     

一种基于四又树的大规模地形实时生成算法

论文分析了现有地形简化算法,提出了一种基于地形四叉树实时构建地形多分辨率模型的优化算法,该算法采用分层分块的思想。,首先将大规模高程数据进行分块,然后对块内数据按照分辨率的大小分层存储,并给出一种与视点相依赖的对地形节点误差进行评价的方法,在网格的生成中只使用一次四叉树遍历,从而大大提高了渲染速度。     

Interactive Multiresolution Editing and Display of Large Terrains

In recent years, many systems have been developed for the real‐time display of very large terrains. While many of these techniques combine high‐quality rendering with impressive performance, most make the fundamental assumption that the terrain is represented by a fixed height map that cannot be altered at run time. Such systems frequently rely on extensive preprocessing of the raw terrain data. They are mostly designed for maximum performance. Consequently, these techniques are ill‐suited for the many applications such as geological simulations and games in which terrain surfaces must be altered interactively. We present a two‐component system that can achieve real‐time view‐dependent rendering while allowing on‐line multiresolution alterations of a large terrain. Our fundamental height map representation is a wavelet quadtree hierarchy, allowing one to easily apply arbitrary multiresolution edits to the terrain. Our display algorithm extracts a view‐dependent approximation of the terrain from the wavelet quadtree in real time. The algorithm dynamically alters this approximation based on any ongoing edits. To allow for flexibility and to limit performance loss, the two components of this system have been designed to be as independent as possible.     

Inexpensive Reconstruction and Rendering of Realistic Roadside Landscapes

In this paper, we present an inexpensive approach to create highly detailed reconstructions of the landscape surrounding a road. Our method is based on a space‐efficient semi‐procedural representation of the terrain and vegetation supporting high‐quality real‐time rendering not only for aerial views but also at road level. We can integrate photographs along selected road stretches. We merge the point clouds extracted from these photographs with a low‐resolution digital terrain model through a novel algorithm which is robust against noise and missing data. We pre‐compute plausible locations for trees through an algorithm which takes into account perceptual cues. At runtime we render the reconstructed terrain along with plants generated procedurally according to pre‐computed parameters. Our rendering algorithm ensures visual consistency with aerial imagery and thus it can be integrated seamlessly with current virtual globes.     

高精度高速度曲面建模的3维地表模拟和漫游算法

三维真实感地形场景是生态系统模拟、虚拟地理环境和三维GIS不可或缺的要素,而高精度高速度曲面建模方法可以动态实时构建高精度曲面模型。论文引入高精度高速度曲面建模方法,提出了一种可以动态生成地表模型并实时绘制和漫游三维真实感地表的方法。该方法实时动态建立高精度DEM,结合改进的视点依赖多分辨率绘制方法,随视点改变动态重建并绘制当前DEM。首先建立当前可见场景的DEM,然后通过依赖于视点的简化等处理建立层次细节模型,进行实时场景绘制和漫游,随视点改变,在当前场景基础上动态加点和减点更新DEM及层次细节模型,生成当前可见场景,以次循环。实例测试表明,算法可产生真实感较强的场景,实时漫游效率较高,模拟精确。     

大规模地形无缝漫游技术研究*

针对大规模地形动态漫游提出实现流程和算法框架,基于分层分块地形LOD组织存储策略完成数据预处理,绘制阶段提出视点相关的地形调度和简化算法,利用多线程处理机制进行地形块裁剪和内外存数据交换,借助GPU硬件实现场景加速绘制算法,并提出分块地形和纹理数据的无缝拼接策略。真实数据实验的算法比较和性能测试结果表明,该方法具有支持数据量大,绘制效率高、实用性强等特点。     

结合视点变换的三维地形无缝绘制算法

针对传统地形裂缝消除技术普遍存在构网速度慢,层次约束强等问题,提出了一种结合视点变换的地形无缝绘制算法。该方法首先根据精度生成LOD粗模型,然后利用纹理映射技术生成精细网格,并根据视点动态调整顶点位置以消除因层次细节过渡产生的T型裂缝。此外,通过CPU-GPU协同工作的方式,将批量构网及渲染的工作从CPU移植到GPU中,提升了整个系统的处理速度。实验结果表明,该方法可以有效消除地形裂缝,保证网格平滑过渡。     

一个交互实时的多分辨率地形绘制系统

本文设计并实现了一个交互实时的多分辨率地形绘制系统，介绍了系统的组成、实时优化方法的以及地形几何和纹理数据表示和管理方法，并通过一实例对地形绘制系统的性能进行了评价。从绘制结果看，系统对地形进行实时优化时折衷考虑了国象绘制质量和绘制速率，在图象质量没有有明显退化的情况下极大地改善了地形绘制的性能。