基于GPU的大规模地形实时漫游系统的研究

为了解决地形绘制受制于CPU计算能力的问题,采用可编程图形处理器(graphic processing unit,GPU)来处理多分辨率地形的构造、小波逆变换、动态法线计算等绘制流程计算量比较大的负载,采用客户端数据缓存和数据预取策略,实现了多用户网络地形漫游时绘制质量的控制,实验证明该方案满足了大规模地形漫游的需求.     

基于统一对象模型的同步漫游框架

为研究多用户在三维漫游框架中的同步现象,解决三维环境的同步显示与大量数据进行网络传输交换的问题,在分析当前使用的网络协同框架的基础上,针对三维图形建模的常用方法,提出以统一对象模型为基础的同步漫游框架,统一了多种操作模型,并照此构建数据结构设计了对应网络传输模型.该框架提高了网络数据传输速度,并使漫游引擎设计更加清晰、紧凑.     

基于GPU的平滑地形可视化算法

提出了一种基于GPU的平滑地形可视化算法,侧重于解决地形可视化方法面临的时间连续性和空间连续性问题。算法采用了规则地形块的批LOD可视化方法。基于平滑过渡的思想,考虑了地形块相邻层次间的过渡和相邻的不同地形块间的边界匹配关系,以地形块的区域划分为基础,为每个顶点实时分配相应的过渡权值,在地形块的绘制过程中同时完成了不同LOD层次以及不同地形块间的平滑过渡,实现了整个地形的平滑可视化。面向GPU的算法设计与实现保证了其执行效率。针对典型数据集,该算法能够以较高的帧率完成大规模地形的实时平滑漫游,避免可视化过程中的裂缝和突跳等不连续现象。     

基于跨越式HLOD的倾斜摄影模型快速可视化方法

为了在浏览器上实现大规模倾斜摄影模型的可视化,针对传统分层层次细节模型(HLOD)在绘制过程中需要逐级遍历所需分辨率之前的每一级别分辨率的瓦片,逐步细化到所需分辨率的局限性,参考MRF数据格式设计一种适合网络传输和应用的三维模型数据格式,提出一种面向具有静态LOD三维模型数据的快速绘制方法,可以使基于Web GL的三维地学浏览器引擎在加载模型瓦片数据时,根据视点位置和屏幕空间误差动态越过无需绘制的层次,实现跨越式调度和渲染.实验表明,该方法配合内外存调度、遮挡剔除等加速策略可以有效地降低浏览器端的下载数据量,减少网络请求和内存占用,同时减轻客户端的渲染压力.     

基于连接允许控制CAC的ATM网络性能仿真

本文在ATM网络排队性能的基础上,根据信元的平均丢失率及平均延迟时间与传输带宽及缓存单元数量的近似关系,提出了连接允许控制的CAC算法,从而为ATM网络性能仿真提供了理论依据。     

基于GPU的大规模地形场景实时渲染

结合GPU(Graphic Processing Unit)的特点,以GeoMipMapping算法为基础,提出了一种充分发挥GPU性能的Pateh-LOD地形绘制模型:层次索引模板.层次索引模板通过一组常驻显存的索引缓存序列,隐式地表示地形块细节层次.另外以层次索引模板为基础,在GPU上实现了裂缝消除.通过衔接索引模板扩充层次索引模板,隐式消除了不同分辨率地形块拼接时产生的裂缝.     

一种结合传染路由的缓存调度算法

延迟容忍网络是一种链路频繁断裂的无线网络,主要采用“存储-携带-转发”的方式来转发数据分组,不同于传统网络的“存储-转发”方式．然而在这种网络中,由于节点之间的接触时间周期较短,并且节点的缓存空间有限,在不考虑有效的缓存调度策略时,很容易造成网络中传输数据分组丢失．针对网络的这些特点,结合传染路由提出了一种基于当前节点的邻居节点与分组的目的节点之间的接触频率的按序转发数据缓存调度算法,并通过NS-2仿真工具进行性能评估．仿真结果表明,在网络资源有限的情况下,此算法能较好地提高数据分组交付率,降低传输时延,减少网络开销,使网络性能得到了较好改善．     

面向网络用户的分布式虚拟漫游系统研究

建模逼真度和绘制实时性这对矛盾是制约虚拟漫游快速发展和广泛应用的关键所在,也是目前虚拟场景漫游的最大难点.由于带宽限制、网络延迟和个人PC机性能局限性,网络用户难以实现流畅地网上虚拟漫游.基于分布式虚拟漫游发展的主要问题,本文提出了将流行的P2P技术和网络虚拟漫游相结合的思想并给出了具体的结合方案.     

基于细分着色的飞行仿真地形建模方法

针对飞行仿真中大地形数据量大、细节丰富导致的渲染负载重、帧率不稳定问题,提出一种基于细分着色的地形建模方法。该方法以几何裁剪图为框架构建视点相关的多分辨率地形结构。首先,在CPU中生成若干个细分控制点并存入顶点缓存。每层几何裁剪图根据顶点缓存中的细分控制点在索引缓存中生成能够表示几何裁剪图结构框架和状态的索引点,经CPU传至GPU。其次,在GPU读取索引点后通过细分着色器生成自适应三角形面片。在渲染循环的更新阶段,仅需对几何裁剪图的变化区域进行索引点替换,可完成几何裁剪图的状态切换。最后,按照自内向外的顺序,依次对每层（最内层除外）几何裁剪图的内侧边（与下一层的共享边）进行增加细分着色控制点的操作,从而增加内侧边三角形面片,使其与内层几何裁剪图相对应,消除几何裁剪图相邻层次间因分辨率不同引起的“裂缝”现象。实验证明,该方法能充分利用显卡硬件的最新特性,在实时渲染中减少CPU向GPU传输的顶点数量,使渲染负载相对平衡,提升渲染效率和地形实时漫游的帧率稳定性,并提供一种简单有效的“裂缝”消除方法,在保证大地形细节真实程度的同时,满足飞行仿真中对大地形绘制实时性与稳定性的要求。     

基于TCP协议模型的路由器缓存容量设置方法

路由器的不同缓存容量使得网络性能有很大不同,因此缓存容量设置是一个研究的热点."拇指法则"和"斯坦福法则"是基于TCP协议模型的两种缓存设置方法.根据这两种法则的算法思想,用NS2在局域网中进行了仿真.实验结果表明:高链路利用率时,缓存的设置需要综合考虑多种网络性能参数;而牺牲一定的链路利用率,设置较低的缓存,在降低成本的同时仍能保持核心路由器的稳定.     

基于分块的大规模地形实时渲染方法

将地形数据分块技术、层次细节模型（LOD） 技术、改进的ROAM 算法和数据预取技术等相结合,提出了一种超大规模地形数据实时渲染方法.通过分块策略对规则网格进行区域分割,采用空间填充曲线对分块网格进行多分辨率排列,并建立三角形节点顺序与剖分点之间对应关系的快速检索,实现数据快速调度;视见体投影简化分块裁剪算法降低可见性判断的复杂度,提高了计算效率;改进的四队列ROAM实时构网算法,很好地利用了相邻帧的相关性,有效地提高了渲染速度;基于视点预测、部分数据常驻内存的多线程数据预取实现了场景规模基本不相关的连续LOD实时渲染.实验结果表明,该算法高效可行,适合于海量地形场景的快速渲染和交互漫游应用.     

Terrain Rendering LOD Algorithm Based on Improved Restrictive Quadtree Segmentation and Variation Coefficient of Elevation

Aiming to deal with the difficult issues of terrain data model simplification and crack disposal, the paper proposed an improved level of detail (LOD) terrain rendering algorithm, in which a variation coefficient of elevation is introduced to express the undulation of topography. Then the coefficient is used to construct a node evaluation function in the terrain data model simplification step. Furthermore, an edge reduction strategy is combined with the improved restrictive quadtree segmentation to handle the crack problem. The experiment results demonstrated that the proposed method can reduce the amount of rendering triangles and enhance the rendering speed on the premise of ensuring the rendering effect compared with a traditional LOD algorithm.     

三维电子海图地形可视化技术研究

针对三维海底地形数据获取和多分辨率显示展开对三维电子海图的研究.利用加权平均法将从二维电子海图中提取的水深数据插值为规则格网数据,并采用四叉树结构对数据进行组织.为提高散乱地形数据检索效率,给出了一种散乱数据索引方法.基于细节层次思想,设计了一种四叉树节点误差评价系统,以实现地形简化和提高渲染效率.实验结果表明,在实现海底地形连续多分辨率显示的基础上,满足了细节层次思想对图形渲染的要求,并具有较高的显示速度和较好的图形效果.     

基于四叉树的三维地形绘制算法

针对当前三维地形虚拟现实研究中存在的难点,参考比较国内外专家提出的多种模型算法,对其中应用最广泛的层次细节模型（LOD）改进。以四叉树结构为基础组织地形数据,采用视点参数和地形本身粗糙程度两种因素相结合构造节点评价算法,并给出算法实现及其网络扩展方案。实验结果证明,该算法在基本保持视觉效果不变的情况下,极大地提高了虚拟地形场景的绘制速度。     

一种渐进格网模型的改进算法

多分辨率的动态简化是一种提高地形三维显示速度的重要方法．研究了适用于道路与地形集成模型的多分辨率动态简化方法，分析了渐进格网模型应用于地形集成模型的简化时所存在的一些问题，并根据集成模型的特点。提出了一种改进的算法，与其他方法不同的是：1）此模型采用一种“回”结构的分辨率划分方法，与模型的几何形状无关，较好地实现了道路与地形集成模型的动态简化；2）通过控制顶点树的深度，解决了模型简化后难以恢复的问题，同时避免了在模型简化过程中出现交叉、重叠和细长的三角形．结果表明：该算法能更好地适用于道路与地形集成模型的多分辨率动态简化，并具有较高的速度．     

大规模地形场景流式渐进传输

着重考察了搅拌器类型以及搅拌转数对氧气动态传质过程的影响.采用计算流体力学(CFD) 对氧气动态传质过程进行了数值模拟,并结合实验以及粒子成像技术（PIV）对模拟结果进行了验证.结果表明,采用Fluent软件并结合用户自定义方程（UDF）能够很好地模拟实际搅拌器内的流场分布.采用氧气传质模型能够预测氧气在搅拌器内的动态传质过程.氧气浓度与溶解时间的对数关系式较好地描述了试验搅拌器内氧气的动态传质过程.在相同搅拌速度下,圆盘涡轮式搅拌器产生的湍流动能分布范围大于浆式搅拌器产生的湍流动能分布范围,而且湍流动能分布更加均匀,湍流强度更大.采用圆盘涡轮式搅拌器有利于增强氧气传质过程.圆盘涡轮式搅拌器比浆式搅拌器的溶解氧浓度高.当搅拌器类型相同时,随着转速的增加,溶解氧浓度增加.     

基于不规则三角网的分块地形网格生成算法

利用不规则三角网(TIN）拓扑灵活性,研究了一类基于TIN的分块地形网格生成算法.经典分块层次细节（LOD）程序采用基于半规则三角网（SRN）的网格生成算法,存在冗余顶点过多的缺陷.新算法基于Delaunay网格生成技术,可生成不包含任何冗余顶点的TIN.给出地形绘制算法总体框架以及基于SRN的分块地形网格生成算法,指出冗余节点的产生机理,讨论基于TIN的分块地形网格生成算法,重点研究基于Bowyer-Watson增量插点内核的Delaunay网格生成算法及其健壮性问题,同时给出三角形条带化的技术途径.实验结果表明,在典型的应用中,新算法能使简化后的分块地形网格规模降低3 成左右,这不仅减少了中间文件大小,也有利于提升后续的绘制效率.     

基于层次块的大地形实时细节合成及渲染算法

为解决渲染真实大地形场景面临的数据获取困难问题,减轻海量地形数据存储与调度的压力,提出了基于层次块实时生成可控的地形细节,完成地形渲染的新方法。采用了层次块结构组织采样数据。给出了基于层次块生成可控细节的方法,使用块网格细分增加采样点,提出了基于Perlin噪声的可控多重分形算法计算细节,保证了生成的细节受真实采样点属性控制。采用统一的细节选择标准完成了细节合成与LOD方法集成,其结果与原始地形块共同构成了动静结合的双层自适应层次结构,实现了视相关的大地形渲染。面向GPU实现了实时合成算法。实验分析表明了该方法能够利用有限的真实地形数据实时产生与实际地形特征相近的细节,完成大地形渲染。     

基于TMS的数字孪生城市分层影像数据实时绘制方法

三维地形绘制在军事、农业、交通、智慧城市等众多行业中应用广泛,其中影像数据的处理方式主要采用空间网格划分和建立不同层级的瓦片数据。为了提高三维地形的分辨率,切割的瓦片数量呈指数增长,海量瓦片数据的访问、索引和绘制都是需要攻克的技术难题。本文提出了一种基于TMS的分层影像数据实时绘制方法以解决这些问题,并解决不同层级影像衔接处出现严重色差的问题。在该方法中,构建了不同影像层的服务对象,并实现了大量数字孪生城市分层影像的层级、顺序、位置的灵活控制管理。同时,根据视口中的加载瓦片的相对优先级,存入高、中、低三个队列,以加速瓦片数据的调度与绘制。为了加速影像瓦片索引获取,根据视口内的瓦片矩阵范围计算屏幕像素大小,获取影像瓦片的初步层级后与当前文件资源的层级比较确定影像的最终层级,然后计算视口内影像瓦片的索引和根据经纬度、层级计算行列号,从而形成影像资源的请求路径。最后,在多层影像绘制过程中,根据影像层级大小依次从最底层开始两两图层依次混合,得到正确的混合结果。本文针对实际应用中的近、中、远景及沿海等多层影像数据进行了三维地形绘制实验,结果表明,在NVIDIA 2070显卡上能够达到300 FPS的高实时性能,并且达到无影像层级色差且高质量的绘制效果。因此,本方法能够灵活地绘制大规模多层级影像数据,构建出数字孪生城市场景的三维地形。