基于距离的连续LOD地形渲染算法(CDLOD)的研究与实现

摘要

地形场景实时绘制技术在飞行仿真、机载导航、地理信息系统以及三维游戏中都有非常重要的应用，一直是计算机图形学研究的热点。本文以机载导航项目为背景对基于距离的连续LOD(CDLOD)地形渲染算法进行了探讨，CDLOD地形渲染算法是一种基于GPU渲染地形的方法，对现存方法进行了改进。CDLOD地形渲染算法类似于clipmap地形渲染方法，所绘制的地形数据来自地形高度图。但是，在CDLOD地形算法中地形高度图被组织成一个四叉树结构的规则网格，而clipmap地形渲染方法是将地形高度图处理为一个嵌套网格的集合。CDLOD地形渲染算法更类似于Chunk LOD算法，具有更好的LOD分布。算法相较于先前技术的主要改进是LOD的功能是存在于整个渲染网格的，并且是基于视点和地形之间准确的三维距离。要做到这一点，一种处理不同LOD层次之间过渡的新技术被应用，它提供了平滑和准确的结果。本文的主要成果:
　　 (1)地形LOD层次的显示是根据视点与地形直接准确的三维距离确定的，因此，系统具有很好可预测性和可靠性，更好的屏幕三角形分布。
　　 (2)在裂缝和Popping处理上，使用了变形区的设置。算法的LOD级别之间使用平滑的过渡来完成较高的详细层转换成较低的层次。这确保了完美的平稳过渡，无接缝或缺陷。
　　 (3) GPU的可编程性能得到了发挥，把变形区顶点值的计算工作放在GPU上完成，减轻了CPU压力。
　　 (4)由于算法使用没有间断或T路口的连续的三角形变形区来执行各LOD层之间的转换，所以在不破坏连续性的情况下，额外的细分可以很容易被应用，使它成为了一个良好的支持新一代图形硬件（支持Shader Model5）曲面细分技术的平台。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文组织结构

第二章 地形渲染技术概述

2．1 地形的数据结构

2．1．1 等高线模型

2．1．2 规则格网模型(Grid)

2．1．3 不规则的三角网(TIN)模型

2．2 地形的绘制

2．3 地形LOD技术

2．3．1 LOD技术的模型与分类

2．3．2 地形简化方法

2．3．3 简化产生的误差

2．4 本章小结

第三章 基于四叉树的地形渲染与Chunk LOD算法

3．1 基于四叉树的地形渲染

3．1．1 数据结构组织

3．1．2 地形划分

3．1．3 四叉树的地形渲染及优化

3．1．4 渲染结果

3．2 Chunk LOD算法

3．2．1 几何误差计算

3．2．2 裂缝处理

3．2．3 消除Popping

3．3 本章小结

第四章 基于距离的连续LOD地形渲染算法

4．1 算法概述

4．2 算法实现关键技术

4．2．1 算法数据结构及LOD距离

4．2．2 四叉树节点的选取

4．2．3 地形块的裁剪

4．2．4 地形节点的绘制

4．2．5 裂缝与Popping的处理

4．3 算法实现流程与结果

4．3．1 算法的实现流程

4．3．2 算法实现结果

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 下一步工作

参考文献

致谢

附录