大规模三维地形合成与实时绘制算法研究

摘要

大规模三维地形是近些年来虚拟现实、计算机仿真、地理信息系统等领域研究的一个热点，相关研究主要集中在真实感虚拟地形合成和大规模地形数据实时绘制两方面。前一方面是指利用仿真算法合成真实感虚拟地形，主要在室外游戏、模拟训练、影视动画制作、虚拟学习环境开发等领域有着广泛的应用。后一方面是指将采集得到的海量地形数据实时绘制，主要在道路设计、土地规划、工程勘探、军事战争等领域发挥着重要的作用。
　　 由于地形是自然界中最为复杂的景物之一，如何合成真实感虚拟地形是一项挑战性的工作。本文在分析已有主要虚拟地形合成方法的基础上，提出了一种基于图像的大规模虚拟地形合成算法。算法首先由多幅图像色彩数据生成多幅标准化子地形块的高程数据，并通过滤波处理消除子地形内部的跳变现象；然后借助定义在子地形块上的有限支撑径向权函数，对毗邻子地形块进行加权混合处理，最终实现了子地形的无缝拼接和平滑过渡。该算法支持相关参数的交互式调整，使用户能够对地形的形状和平滑程度等进行有效控制。实验结果表明，算法可以自动、快速、高效地生成满足不同形状和规模的虚拟地形模型。
　　 针对海量地形数据的快速绘制，结合视点相关的层次细节技术、可见性剔除技术以及多线程外存绘制技术等，论文提出一种面向普通PC的大规模地形实时绘制算法。
　　 算法绘制的前提是在预处理阶段将原始DEM(Digital elevation model)数据分割成多块标准化子地形块。在实时绘制阶段，始终有四块驻留内存的子地形参与当前绘制，而这四块子地形是随着视景体的运动不断被更新。该阶段使用两个线程，其中绘制线程主要借助四叉树结构，标识矩阵，裁减视景体来实现四块子地形的多分辨率网格生成；调度线程主要实现基于视景体顶点位置判断的子地形数据块的预调度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引言

第2章 三维地形合成及绘制技术综述

第3章 基于图像的大规模虚拟地形合成算法

第4章 大规模地形实时绘制算法

第5章 总结与展望

附 录

参考文献

攻读硕士学位期间参与的项目及撰写的论文等

致 谢