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。     

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。     

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。     

基于曲线拟合函数和GPU的地形无缝渲染

针对大规模地形实时渲染时不同层次细节过渡产生的画面不连续性问题,以及计算机实时调度大量数据而造成帧速较低的问题,提出了一种基于曲线拟合函数和GPU加速的地形实时绘制方法。根据采样数据点采用最小二乘法构造曲线拟合函数,通过曲线函数控制不同层次网格顶点的布局,从而消除因层次细节变化产生的裂缝。同时根据分辨率不同构建金字塔模型,针对不同层次细节区域数据进行有损或无损压缩,依据视点运动预测实时解压相应数据。实验表明,该方法在地形实时渲染阶段,在保证了较高帧速率的同时,利用视点运动预测保证了帧速率变化小,有效的消除了裂缝,增强了画面效果。     

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.     

视相关地形多分辨率模型在飞行仿真中的应用

对于飞行仿真中海量地形数据,现有的软硬件无法直接对其进行实时连续的绘制,采用视点相关的层次细节模型可以有效地提高实时绘制的性能.该文针对飞行仿真中大地形实时显示问题,对现有的视点相关多分辨率模型算法进行了改进,采用四叉树结构来表示地形,给出了节点的数据结构和构建四叉树的算法;提出了一种新的细节层次选择误差度量标准;实现了视点相关的连续多分辨率地形网格的简化和实时绘制.     

基于多线程并行的大规模场景交互漫游研究

针对大规模三维场景的交互漫游,提出了一种基于多线程并行调度解决方案,并给出了相应的交互漫游算法.该方法使用离散层次细节技术结合视点相关的动态连续层次细节选择和过渡的批LOD技术.在预处理阶段,对大规模场景进行分层分块处理;在实时漫游阶段,采用多线程并行技术:绘制线程利用四又树层次进行可见性剔除和视点相关简化获取当前可绘地形,并将其提交给GPU进行绘制.预取线程通过预测视点的位置,从外存预取相关的几何数据并调入内存.将该方法应用于具体实例,取得了良好效果,证明了该并行方法的有效性.     

三维海底地形仿真的研究

针对快速绘制大规模海底地形的问题,提出基于几何多重映射算法与分形算法相结合生成地形的方法,采用顶点索引和分层分块的方法来组织地形数据。该方法对三维海底地形模型进行子块划分,通过可见性判别只显示视区内的子块。同时建立一种基于块和视点的简化准则,通过该准则提出消除不同细节层次的地形块之间的裂缝的方法,以保证地形精简过程中不丢失必要的细节。仿真实验证明该研究成果能够有效实现地形的实时绘制。     

大型三维网格模型的简化及基于视点的LOD控制

传统的三维网格简化及多分辨率建模方法对数据量超出内存限制的大型网格模型已不适用．提出一种基于外存的网格简化和基于视点的细节层次控制方法．该方法建立在网格分割的基础上，利用分割边界的对应性，在一次遍历中对所有的网格分块进行简化，从而克服了通常的网格分割简化方法需要多次分割、重复简化的缺点；同时实现了针对大型网格模型的基于视点的选择件绘制．对模型进行绘制时，模型局部细节可以被快速抽取出来，并且网格的分辨率在整个模型表面呈连续分布．     

基于分块和包围球误差函数的地形绘制方法

针对大规模地形数据庞大、绘制速度慢的问题,提出一种基于数据分块和包围球误差函数的地形绘制方法。该方法对数据进行分块组织,按行列顺序对数据块编号,实现对地形数据的部分读取。依据视点可见性判断,实时调入可见数据块,设计一种基于包围球的误差函数,通过三角形二叉树构建层次细节模型,实现大规模地形实时绘制。实验结果表明该方法可以取得较高的帧速率和较好的绘制效果。     

基于LOD的三维作战地形实时渲染技术的研究

与视点相关的三维作战地形实时渲染技术一直是作战仿真领域的热点问题之一。三维作战地形渲染的主要问题是如何缩减三角形的数目问题。该文采用了一种基于四叉树的LOD算法,根据与视点以及和地形本身起伏程度相关的技术来决定地形应有的细节程度,然后递归的分割四叉树的每一个节点,直到到达需要的细节程度,从而较好地解决了实时渲染过程中的三角形数目问题。通过仿真试验,在保证渲染速度的前提条什下,该方法有效地实现了作战仿真系统中实时地形的漫游和不同视场的条件下的地形细节显示。并且具有较高的视觉真实程度。     

LOD算法研究及其在地形实时显示中的应用

多分辨率显示(LOD)技术是解决大规模地形实时渲染的关键技术之一。该文论述了LOD技术的基本原理、分析了几种常用的LOD算法;研究了与视点相关的渐进格网(VDPM)算法,并对其进行了较大改进,提高了执行效率;最后,将改进后的算法应用到大规模地形实时渲染中,取得了较好的实时显示效果。     

一种基于视点的LOD生成方法

总结LOD自动生成的一般算法，结合渐进网格模型与实际视觉效果中视点位置和角度对场景细节程度的影响，以与视点相关的因子作为简化标准，根据视点的参数对二叉顶点树的节点进行合并或展开调整模型个部分的细节层次。简化过程采用渐进网格结构，建立了多层次LOD数据模型，有效的简化了地形模型的绘制，提高了生成效率，使得生成的三维地形有较高的可视性和真实感。     

自适应多层次细节信息地表模型生成算法设计

以研究多层次细节信息地表模型快速生成算法为目的，在分析当前多层次细节信息地表模型生成算法的基础上，以四叉树结构作为算法的基本单元，设计和实现了具有自适应能力的多层次细节信息地表模型生成算法；详细描述了算法的设计，给出了算法实现所需的关键公式；最后给出了算法的应用实例和对算法时间效率的分析。此算法的最大特点是具有很强的自适应能力，能够自动根据原始地表数据、视距离、视方向、设备条件等的变化来自动调整输出的三角网模型，并且可以快速地在不同的层次细节模型之间平滑过渡。从算法的理论分析和应用实例可见，该算法有很强的自适应能力，可以满足大的地表模型快速生成和交互的需要。     

大规模数字高程模型的可视化研究

根据细节层次模型（LOD）的设计思想,提出了大规模数字高程模型的数据组织和可视化方法。该方法在数据分页算法和细节层次模型相结合的基础上,采用视区计算和边界融合算法,实现了地形的快速绘制。实验证明该方法实现了高性能绘制大规模数字高程模型。     

大面积三维地形生成和显示技术及实现

大面积三维地形的生成与显示是军事仿真视景系统开发的难点问题.本文研究了解决此问题的关键技术,包括LOD、纹理映射、分页调度策略和大地形数据库管理;提出了应用上述技术的方案,利用Creator的地形建模模块,生成大面积地形,采用视景仿真软件Vega绘制虚拟场景,实验表明达到了良好的效果.     

Frame Sequential Interpolation for Discrete Level‐of‐Detail Rendering

In this paper we present a method for automatic interpolation between adjacent discrete levels of detail to achieve smooth LOD changes in image space. We achieve this by breaking the problem into two passes: We render the two LOD levels individually and combine them in a separate pass afterwards. The interpolation is formulated in a way that only one level has to be updated per frame and the other can be reused from the previous frame, thereby causing roughly the same render cost as with simple non interpolated discrete LOD rendering, only incurring the slight overhead of the final combination pass. Additionally we describe customized interpolation schemes using visibility textures. The method was designed with the ease of integration into existing engines in mind. It requires neither sorting nor blending of objects, nor does it introduce any constrains in the LOD used. The LODs can be coplanar, alpha masked, animated, impostors, and intersecting, while still interpolating smoothly.     

基于图象空间判据的地表模型加速绘制技术

在利用图形绘制实现虚拟现实的研究工作中，为了加速图形生成以保证实时的图形绘制，物体层次细节模型LoD(level of detail)的选择是其最主要的解决办法.其主要原理是根据物体对于观察者的重要性选择该物体绘制的细节.地表模型作为多边形网格模型的一种特殊几何模型，在各种虚拟现实系统中有着重要而广泛的应用.该文通过对地表模型实时生成特殊性要求的分析，提出具有焦点加权因子的基于图象空间误差的、适用于地表模型特殊性的、有效的加速简化方法.以焦点和显示面积的有效结合作为物体重要性评价尺度，有效地简化了地表模型的绘制.同时，算法结合均匀网格模型的多分辨率细节层次模型，以“块”作为地表模型大面积简化的空间单位，加速地表模型的简化操作，以实现较为复杂的地表模型的实时绘制.