生成地形细节层次的误差测度研究

摘要

三维地形的实时绘制技术是虚拟环境、地理信息系统以及军事仿真应用中的重要组成部分。由于表示地形的三角形数量大和硬件能力的限制，绘制不能达到实时。构建地形的多分辨率模型来降低地形表面的复杂度，以实现地形的快速绘制成为目前的研究热点。为尽可能降低地形的复杂度和绘制时的三角形数量，目前地形绘制研究中的两个重要问题：一是选择何种有效的数据结构组织地形表面，便于地形的模型生成和快速绘制；二是采取何种误差标准生成高效的评定方案，以达到地形的高逼真度和层次细节模型的快速建立两者之间较为合理的折衷。针对这两个问题，本文在分析研究现有地形绘制技术和模型提取判据的基础上，结合地形应用特点，围绕地形的多分辨率表示及误差判据等方面进行了分析和研究： 1.通过对地形的模型简化、多分辨率表示及绘制方法的研究，采用三角形二叉树结构对地形采样高程值DEM建模，生成整个地形的静态全分辨率网格模型，根据视点变化及误差判据绘制当前视域下的三维地形。 2.在分析了各种误差判据计算的基础上，提出了基于粗糙度的误差改进算法。采用表征地形起伏形状的粗糙度作为因子，建立误差评价函数，根据视点位置形成误差判据球，以此方案在每一帧中选择合理的地形层次细节模型。实验表明，算法降低了所需绘制的三角形数量，对地形中平坦区域的优化效率较为突出。 3.针对高空远距离俯瞰地形时的轮廓细节失真，提出了减小低洼处误差判据值的策略，为消除判断后三角形网格模型中的少量裂缝，强制改变某些节点的活跃状态，算法保证了高空俯视地形时整体轮廓的正确绘制。动态地形中，变化单元格的精度扩展实现了地形的实时变化，包括新引入顶点在内的部分顶点的误差判据也进行了相应改变。 最后，通过示例程序对该方法进行验证，与已有算法生成地形绘制需要的三角形个数和逼真度进行比较分析。结果表明，该方法可以更好地减少地形绘制所需要的三角形数目，保持地形的完整性及较高的绘制效果。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1层次细节模型

1.2.2地形误差判据

1.3存在问题

1.4研究内容

1.5论文组织

第二章 三维地形建模与绘制技术

2.1引言

2.2三维地形多分辨率表示

2.2.1多分辨率地形模型及分类

2.2.2多分辨率地形表示与绘制

2.3三维地形建模与绘制技术研究

2.3.1规则格网的模型简化方法

2.3.2不规则格网的模型简化方法

2.3.3模型精度评估

2.4三维地形绘制的误差控制

2.4.1误差测度

2.4.2未考虑粗糙度的误差评价方案

2.4.2结合粗糙度的误差评价方案

2.5小结

第三章基于RBNE误差的地形多分辨率表示

3.1引言

3.2网格表示

3.2.1三角形二叉树及DAG

3.2.2有效网格模型

3.3 RBNE误差判据

3.3.1粗糙度度量

3.3.2误差判据计算

3.3.3嵌套误差判据球

3.4基于RBNE误差的地形绘制

3.4.1视锥剔除

3.4.2有效活跃点集

3.4.2地形逼真度

3.5绘制算法

3.5.1主要数据结构

3.5.2算法描述

3.6小结

第四章RBNE误差应用

4.1引言

4.2高空区域轮廓处理

4.2.1陡峭失真

4.2.2 RBNE误差调整

4.3动态地形绘制

4.3.1分辨率扩展

4.3.2 DAG扩展

4.3.3 RBNE误差更新

4.4裂缝修补

4.5小结

第五章实验结果及比较分析

5.1引言

5.2地形可视化系统设计

5.2.1数据准备和实验环境配置

5.2.2控制状态机制设计

5.2.3系统设计与关键类模块

5.3算法比较分析

5.3.1三角形数量与地形逼真度

5.3.2动态地形与高空俯视效果图

5.4小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢