基于GPU Tessellation的全球光栅化数据渲染

摘要

本文通过利用GPU Tessellation技术，研发了一个新型的3D地球平台，对涉及到的全球高分辨率卫星影像数据、地形数据的组织、渲染等关键问题进行研究，并开展详实的实验和实验数据分析。
　　本文的主要工作可以分为以下四点:
　　1)提出了问题的研究背景，并调研了相关的国内外研究现状。介绍了现有的地球网格化方法、大规模地形可视化方法以及浮点精度的研究现状，并分析了其优点和缺点。
　　2)利用较新的基于OpenGL4.0、Shader Model5.0的GPU技术，实现了全球纹理、地形等光栅化数据的组织、渲染，并采用GPU Tessellation技术解决了全球大规模场景的无缝LOD地形渲染问题。
　　3)提出了基于四叉树的变坐标系渲染和对数深度计算方法，解决了全球大场景渲染中单精度浮点数的精度不足导致的图像抖动和撕裂问题，并通过实验证明所提方法的有效性。
　　4)设计并实现了3D地球系统——VCC Earth平台，给出了该系统的整体框架和关键模块的设计方法，并将上述方法应用到系统中，取得了较好的渲染效果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 全球划分与地形渲染

1．2．2 浮点精度问题

1．3 论文结构安排

第二章 全球光栅化数据渲染

2．1 全球空间划分与数据组织

2．1．1 Web墨卡托投影

2．1．2 全球四叉树划分方法

2．1．3 全球网格生成

2．1．4 四叉树更新与视锥裁剪

2．2 基于GPU Tessellation的地形渲染方法

2．2．1 地形网格生成

2．2．2 地形缝隙修复

2．2．3 GPU网格生成方法

2．2．4 地形法线与光照

2．2．5 算法步骤

2．3 实验结果与结论

第三章 浮点精度误差与解决方案

3．1 浮点精度问题产生原因

3．2 动态坐标系方法

3．2．1 变坐标系渲染

3．2．2 基于四叉树的坐标原点切换

3．3 深度值计算方法

3．3．1 基于对数的深度计算方法

3．3．2 深度计算的GPU实现算法

3．4 实验结果与结论

第四章 3D地球系统设计与实现

4．1 总体框架设计

4．2 渲染模块设计

4．3 异步渲染框架

4．4 系统界面

第五章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 论文工作不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况