保持边界的地形网格简化算法与组织格式

针对目前大范围地形绘制中对地形块间裂缝进行图元级精确修补会额外占用计算机资源,或者进行简单视觉掩饰而导致几何与纹理空间缺乏连贯性的问题,基于Melax快速网格简化算法,提出了保持边界的边折叠地形简化算法.首先定义了保持点与控制点概念,给出保持点的数量选择方法与控制点的精简策略,并通过改进边折叠规则和代价计算公式实现了边界不变的网格简化;然后按聚类层次结构表示思想,将简化网格与原规则网格层叠组织,以顶点索引方式保证地形整体快速批量操作,构造出一种具有保持边界特性的地形格式.实验结果证明,该算法在保持地形边界的同时,能有效地缓解边界图元稠密现象,且比Melax算法更好地保留了地形特征;在此基础上形成的地形格式,在飞行模拟测试中既可保证较高帧率,又显示出无缝拼接平滑过渡的良好视觉效果.     

基于静态LOD的海量地形绘制中的接缝算法

为了解决海量地形分块绘制中块间接缝的问题,并在消除裂缝的同时保证地形绘制的高效性,在静态LOD算法的基础上,提出了多重边界算法.该算法把地形块边界的细节层次设置成多重的,且可以和中心三角形网脱离、合并.在绘制时,是以整个边界为单位动态地改变边界的细节层次,以实现与相邻块的无缝连接,避免每帧对边界上的点进行遍历然后重构三角形以节省了计算量.开发了软件系统,实验结果表明该算法是一种接缝效果良好,绘制效率高的算法.     

基于二叉树和GPU的无缝地形场景渲染方法

设计了一种基于图形处理器(GPU)的无缝地形渲染方法。该方法基于二叉树构建多层次地形网格,该网格用基于行、列号的地形模板表示。在设计过程中,将高程数据转化为适于GPU读取的高程纹理图,再通过顶点纹理提取(VTF)技术从纹理图中采样出高程值用于渲染,整个过程在GPU端完成,提升了地形数据访问效率。同时,采用实时优化自适应网格(ROAM)算法的强制拆分法,通过控制相邻地形块的等级来消除裂缝。最后,采用TriangleStrip方式进行渲染,避免了相邻三角形中顶点坐标数据的重复传递,减少了传递到GPU的数据量。用两块地形数据对算法渲染效率进行了检验,并将算法与Clipmap算法进行了帧率对比。结果表明,该算法有效解决了分块数据的裂缝问题,达到了交互式地形渲染的要求。     

GPU构网的GeoMipMap地形无缝绘制算法

针对传统CPU实时构网算法和预处理阶段构网算法速度较慢问题,提出一种GPU构网的GeoMipMap地形渲染算法.算法的构网阶段由GPU实现,将CPU从繁重的构网工作中解放出来,并大幅度减少CPU向GPU传输的数据量,提高地形的渲染速度.整个地形分成大小相等的若干地形块,每个地形块又分为内部及四条边共五部分,对这五部分按分辨率不同分成多个细节层次,为每个细节层次计算空间误差,渲染时各部分根据屏幕投影误差选择细节层次,所构网格更加符合地形表面特征.考虑到GPU构网算法的高度并行性,采用一种新的裂缝处理方式,四条边的屏幕投影误差以边上顶点的空间误差计算,使得相邻块对于共享边的细节层次的计算结果相同,从而保证相邻块间无裂缝,且网格连续.实验结果表明该方法能够以较高的质量完成大规模地形的实时平滑漫游.     

三维海底地形仿真的研究

针对快速绘制大规模海底地形的问题,提出基于几何多重映射算法与分形算法相结合生成地形的方法,采用顶点索引和分层分块的方法来组织地形数据。该方法对三维海底地形模型进行子块划分,通过可见性判别只显示视区内的子块。同时建立一种基于块和视点的简化准则,通过该准则提出消除不同细节层次的地形块之间的裂缝的方法,以保证地形精简过程中不丢失必要的细节。仿真实验证明该研究成果能够有效实现地形的实时绘制。     

仿生优化算法用于保持特征的地形绘制

针对原始的geomipmapping算法在地形网格简化过程中不考虑地形特征,容易造成实时绘制失真度较大的问题,提出一种保持地形特征的简化算法.该算法采用免疫粒子群网络算法提取山顶点,采用蚁群聚类算法提取山脊线;对于提取出的地形特征点所在的地形块,根据特征等级不同程度地提高绘制分辨率,对不包含特征点的相对平坦区域降低绘制分辨率;并提出了针对保持地形特征的geomipmapping算法的裂缝消除机制.实验结果表明,文中算法在保持geomipmapping算法效率的基础上保留了地形特征信息,有效地减轻了地形绘制失真,并在一定程度上减轻了视点移动过程中的视觉突跳现象.     

基于GPU的大规模时空连续性地形Geomorphing算法

针对地形可视化过程中时间和空间连续性问题,提出一种在大规模地形场景漫游过程中地形Geomorphing(几何过渡)改进算法.基于Geomorphing原理,通过划分地形块的区域,计算块内不同区域顶点的时间和空间权值,在GPU中同时完成LOD平滑过渡和裂缝处理.实验表明,在4096×4096的地形数据范围内,算法能够以平均每秒60帧的帧率完成地形的实时平滑漫游,并且在可视化过程中消除了突跳和裂缝现象.     

基于综合LOD因子的自适应GPU地形渲染

根据四叉树的地形分块数据组织形式,提出一种面向图形处理器(GPU)的自适应地形渲染算法。将综合细节层次因子作为地形块节点评价函数,对静态地形块误差、动态视点依赖误差和视点移动速度进行量化,在顶点着色器上实现高程值的平滑过渡,消除突跃现象,并通过添加“裙”遮盖裂缝。实验结果表明,该算法的地形自适应性较好,具有较高的帧率和GPU利用率。     

分块LOD连续非线性分布的地形渲染

基于四叉树的数据结构,提出了一种适于GPU批处理的地形可视化算法,以地形分块作为基本的处理单元,使用同一个顶点缓冲区对象实现所有地形块三角形集的渲染,提出了地形分块非线性分布的LOD选取函数,通过提出的地形块综合平滑因子,在顶点着色器上实现了高程值的平滑过渡,给出了GPU上算法的处理过程。实验对比结果表明,该算法地形绘制LOD层次调节方便,具有较高的地形渲染效率。     

利用GPU进行实时大规模3D地形渲染的方法研究

提出了通过GPU渲染地形的一种简易方法,首要的任务就是将高度场的查询及批LOD处理也从CPU移至GPU。顶点位置可结合层级索引模板由顶点着色器计算给出,然后,对地形顶点采用适当的图元进行索引,调用一次API就可绘制所有的三角形。最后,添加额外的“裙摆顶点”来填补由批LOD算法造成的裂缝。该算法不必每帧都更新顶点缓冲,从而大大减少了系统内存和CPU的开销。     

Large-Scale Terrain Simplification and Visualization Based on TIN

In the preprocessing phase, the global terrain model is partitioned into blocks with their feature points being picked out to generate TIN model for each terrain block, then the multi-resolution models of terrain organized in the form of quad-tree is created bottom-up. Cracks between terrain blocks are avoided by inserting vertices to form common boundaries. At run-time, a view-dependent LOD algorithm is used to control the loading and unloading of the proper blocks by an additional synchronous thread. To e...     

Multi-resolution terrain rendering with GPU tessellation

GPU tessellation is very efficient and is reshaping the terrain-rendering paradigm. We present a novel terrain-rendering algorithm based on GPU tessellation. The planar domain of the terrain is partitioned into a set of tiles, and a coarse-grained quadtree is constructed for each tile using a screen-space error metric. Then, each node of the quadtree is input to the GPU pipeline together with its own tessellation factors. The nodes are tessellated and the vertices of the tessellated mesh are displaced by filtering the displacement maps. The multi-resolution scheme is designed to optimize the use of GPU tessellation. Further, it accepts not only height maps but also geometry images, which displace more vertices toward the higher curvature feature parts of the terrain surface such that the surface detail can be well reconstructed with a small number of vertices. The efficiency of the proposed method is proven through experiments on large terrain models. When the screen-space error threshold is set to a pixel, a terrain surface tessellated into 8.5 M triangles is rendered at 110 fps on commodity PCs.     

基于小波的地形连续快速绘制技术*

利用小波变换的多分辨率特性构建了地面高程数据的动态多分辨率模型，通过小波渐近重构算法解决了多分辨率模型间的平滑过渡问题，通过缝补解决了不同分辨率地形块间的裂缝问题，实现了对大规模地形的视点相关的连续快速绘制，通过实验进行了验证。     

Delaunay三角网高效构建及地形仿真应用

针对基于离散点的Delaunay三角网构建过程中待插入点的定位耗时问题,提出Delaunay三角网高效构建算法,并将其用于三维地形仿真应用中。对大量数据点进行分块排序预处理后,运用空间自相关理论使下一个待插入点总是紧邻新近插入点,融合最短路径定位算法和三角形面积法,结合三角形重心与点、有向线段的关系遍历三角形,减少遍历时间。在对三角网进行LOP局部优化时,采用Delaunay四叉树保存待调整的所有边的节点信息,提高遍历效率。实验结果证明,该算法构建的三维地表真实感较强,并且具有较低的时间复杂度。     

地形漫游中数据块调度算法研究

在LOD(level-of-detail)算法基础上,提出处理视点相关的交互式大规模地形数据的方法.包括:分块策略对规则网格进行区域分割;通过输入的数据点构建自顶向下的四叉树结构,划分成不同的块层次;在实时漫游过程中,根据视点z轴坐标值的变化导致块层次的改变,重新调入相应数据块构造地形网格,以及当视点x,y轴坐标改变时进行块调度.实验证明了该算法的有效性.     

基于裙边填充的几何多重映射算法

几何多重映射算法能提高地形的绘制效率,以此为基础,采用一些关键技术,例如：对任意大小的地形进行分块,合理计算投影误差,用裙边填补裂缝,剔除不可见地形小块,顶点数组的三角形带等,设计了一种高效率的地形实时绘制算法。基于此算法,结合大幅纹理图的分割映射技术,建立纹理小块和对应地形小块的管理框架,并初步完成了黄果树地区的地形绘制。     

动态LOD四叉树虚拟地形绘制

首先简单介绍四叉树的结构、C代码实现地形结构构造,实现动态LOD四又树虚拟地形的绘制.在用四叉树方法进行LOD建模过程中,关键在于怎样对原有的数据进行四叉树分层,LOD地形绘制中要消除由于相邻的节点或块之间分辨率不一致而产生的裂缝.     

基于三角带模板的大规模地形实时绘制方法

大规模地形的绘制技术一直是国内外虚拟现实领域的研究热点。为快速实时绘制,又保持真实性,提出一种基于三角带模板的大规模地形实时仿真方法。可用在战场环境仿真、飞行仿真、3D游戏等仿真系统中。先进行地形数据预处理,将地形分成若干相等的小块,并且计算每个小块的包围盒,然后根据地形块的大小确定一族三角带模板。实时绘制时,根据包围盒的屏幕投影误差因子选择合适的三角带模板,用三角带模板快速绘制地形块。采用扫描视锥体投影三角形裁剪方法剔除不需要绘制的地形块,并且采用添加阴影平面的方法消除地形裂缝。最后,在Puget Sound地形数据上进行了实验并进行了分析。实验证明,方法是可行和有效的。