大规模地形LOD模型简化与实时绘制方法研究

摘要

大规模地形的可视化在地理信息系统、虚拟现实、灾害仿真和战场环境仿真等领域中有着重要的应用。随着遥感技术、卫星技术以及计算机技术的快速发展，人们希望能够观察到更广阔更真实的地形，对地形的实时绘制提出了更高的要求。然而基于当前计算机硬件的发展现状，大规模地形的模型生成和实时显示仍是一大难题。本文围绕着不规则三角网模型的地形多分辨率模型生成和实时绘制问题进行了研究和探索，主要工作如下： 1).对于大规模地形LOD模型的预处理，提出了一种基于二次误差的并行模型简化算法。大规模地形的快速绘制一般采用层次细节模型，需要在预处理阶段使用网格简化算法对模型进行简化。简化质量与简化效率之间的矛盾一直是各种简化算法所需面临的问题。通过利用通用的并行编程环境MPI，提出了一种基于四叉树网格剖分的并行简化算法，通过并行化达到提高算法效率的目的，并就模型拼接及负载平衡进行了相关讨论。 2).对于大规模地形的实时绘制，提出使用指定的局部坐标系作为大规模地形实时绘制的参考坐标系，并针对真实地形数据中地球本身的曲率的问题，实现了区别于平面地形的视点控制算法，以此为基础给出了一种视相关的LOD模型选择算法；综合视锥剔除与遮挡剔除算法，提出了一种适用于地形场景的可见性判断算法，在保证算法高效的情况下，减少单帧所需绘制的多边形数量，提高实时绘制效率。 3).综合以上方法，设计并实现了一个大规模地形可视化原型系统，包括模型预处理模块和实时渲染模块，并给出了相关的测试与应用实例，验证了系统的有效性。

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致谢

第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2相关概念及研究现状

1.2.1数字地形模型(DTM)

1.2.2层次细节技术(LOD)

1.2.3可见性剔除概述

1.3研究内容及组织结构

1.3.1研究内容

1.3.2组织结构

第二章 面向大规模地形LOD模型的并行简化算法

2.1模型简化算法简介

2.2并行计算与消息传递接口

2.3基于二次误差的并行模型简化算法

2.3.1模型剖分

2.3.2任务分配

2.3.3模型简化

2.3.4模型拼接

2.4实例测试

2.4.1并行效果

2.4.2拼接效果

2.5本章小结

第三章大规模地形的实时绘制

3.1世界坐标系的选择

3.1.1坐标系选择

3.1.2坐标系转换

3.2视点控制与LOD选择

3.2.1视点控制

3.2.2 LOD模型选择

3.3可见性剔除

3.3.1视锥剔除

3.3.2遮挡剔除

3.3.3可见性判断

3.4本章小结

第四章 原型系统的实现与应用

4.1系统的设计与实现

4.1.1开发环境

4.1.2系统的设计与实现

4.2系统的应用与测试

4.3本章小结

第五章 论文总结及展望

5.1论文总结

5.2论文展望

参考文献

硕士研究生在读期间完成的论文

硕士研究生在读期间参加的科研工作

硕士研究生在读期间获奖情况