三维地形模型流式传输技术研究

摘要

基于网络的三维地形交互式实时绘制技术在虚拟战场、三维地理信息系统,三维网络游戏中有非常重要的应用,一直是国内外研究的热点。海量地形数据与有限网络带宽之间的矛盾使得地形场景数据的组织和网络传输技术成为地形实时交互绘制技术的难点之一。
　　 为解决这一难题,本文在基于GPU的地形绘制算法基础上,提出了三维地形模型的流式传输方法。地形流式传输技术的研究包括地形数据的组织和存储方式,网络传输规则,数据缓存机制以及系统实现等多方面内容。本文的研究方法为首先对地形DEM数据进行分块,整数提升小波变换,小波系数编码压缩等处理,将地形数据组织成渐进码流,经过这样处理的地形数据具有很好的压缩效果并且有利于在网络上的流式传输。在客户端设计针对流式传输的数据调度与预取算法,提出视点相关的数据流式传输策略。采用三级缓存机制保证地形数据的实时绘制:在客户端,为了减轻网络带宽压力,有效降低网络数据吞吐量,提出地形数据的二级缓存机制,在内存和显存中分别设置数据缓存区,有效降低地形绘制对网络带宽的依赖,并提高了绘制的实时性。在服务器端也采用数据缓存的方法,减少对地形数据库的重复查询,提高服务质量和效率。在系统实现方面,客户端用多线程机制分别实现数据远程调度和地形绘制,服务器端应用完成端口通信模型实现对多客户请求的并发服务。
　　 实验表明,该方法从流式传输的观点出发,利用地形数据特点,设计了全新的地形数据组织方式,消除了地形数据的层次冗余,数据压缩比高。视点相关的流式传输策略使得客户端在运行时刻根据视点和网络带宽情况确定周围各地块的传输规则,使各地块的传输量进行自适应调整。客户端二级缓存机制有效缓解网络拥塞时数据供应压力,使得系统在各种网络带宽情况下保持较高的绘制帧率,保证网络交互绘制的实时性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外相关领域的研究现状

1.3 论文的研究内容

1.4 论文的组织结构

第2章 地形数据预处理策略

2.1 DEM数据简介

2.2 DEM数据分块

2.3 小波变换

2.3.1 小波变换和多分辨率分析

2.3.2 小波基的选择

2.3.3 小波变换系数特点

2.4 SPIHT编码

2.5 数据库存储

2.6 本章小结

第3章 视点相关的数据传输策略

3.1 绘制过程中视景体内数据更新机制

3.2 漫游过程中地形数据的传输控制策略

3.3 地形数据的缓存策略

3.3.1 客户端内存缓存机制

3.3.2 服务器端内存缓存机制

3.4 本章小结

第4章 系统设计与实现

4.1 服务器端的设计与实现

4.1.1 服务器端系统框架设计

4.1.2 系统主要类结构

4.2 客户端的设计与实现

4.2.1 客户端系统框架设计

4.2.2 详细设计与实现

4.3 本章小结

第5章 系统测试与结果分析

5.1 开发环境和测试数据

5.2 测试结果和分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢