大规模地形漫游中动态LOD算法研究

大规模的地形渲染技术一直是图形学里的热点问题之一.它在GIS、飞行模拟器、视频游戏里有重要的作用.大规模地形渲染的两个主要问题是地形数据存储问题和三角形数目问题.针对3D视频游戏,文中采用数据分块、局部数据显示以及与视点相关的裁减策略来控制数据显示量,使用了一种基于四叉树的LOD算法来解决大规模地形渲染中的三角形数目问题.实验结果表明综合使用上诉方法,有效地减少了显示数据计算量,能满足3D游戏场景的交互式漫游的实时性要求.     

基于LOD的三维作战地形实时渲染技术的研究

与视点相关的三维作战地形实时渲染技术一直是作战仿真领域的热点问题之一。三维作战地形渲染的主要问题是如何缩减三角形的数目问题。该文采用了一种基于四叉树的LOD算法，根据与视点以及和地形本身起伏程度相关的技术来决定地形应有的细节程度，然后递归的分割四叉树的每一个节点，直到到达需要的细节程度，从而较好地解决了实时渲染过程中的三角形数目问题。通过仿真试验，在保证渲染速度的前提条什下，该方法有效地实现了作战仿真系统中实时地形的漫游和不同视场的条件下的地形细节显示。并且具有较高的视觉真实程度。     

一种基于GeoMipMaps的大规模地形实时可视化方法

针对海量地形数据无法一次性载入内存进行实时渲染的问题,本文提出一种高效的大规模地形场景实时可视化方法。该方法对GeoMipMaps算法进行了改进,利用地形数据分块技术和多线程技术来实现数据的动态调度。同时,利用LOD技术和视域剔除技术减少需要绘制的三角形数量;运用VBO技术将经常使用且不频繁变动的数据保存在显存中,避免大量数据在渲染时频繁地从内存传输到显存,从而达到实时渲染的效果。实验结果表明,该方法能有效地提高地形漫游的效率和可视化结果,实时地生成大规模地形。     

基于Geometry Clipmap算法的大规模地形可视化研究

大规模地形可视化一直是实时计算机图形学的研究瓶颈,归因于地形数据的海量性与实时计算机图形学的实时性之间的矛盾。基于Geometry Clipmap算法提出一个扩展的大规模地形实时渲染的解决方案,在高效地利用现代图形学硬件的同时,有效地减少批次渲染的三角形面片数量。在使用合适的数据调度算法之后,使无限大小地形的实时漫游成为可能。     

一种面向VR多投影环幕设备的可视化结果显示方法

传统显示设备难以满足大规模复杂数据可视化结果显示的需求,而VR多投影环幕显示设备提供的沉浸式显示环境可以良好地应对复杂数据可视化显示的使用情景。提出一种面向VR多投影环幕设备的可视化结果显示方法,通过设计多投影环境中兼容2D与3D显示的渲染流程,解决了传统方法中出现的画面渲染模糊问题。同时,该方法通过3D运动模拟计算以及交互射线计算解决了在新渲染流程下的立体显示和交互坐标转换问题。实验结果表明,该方法有效地提高了多投影环境中可视化结果画面的清晰度,并支持立体显示与交互。     

基于LOD的海量地形数据并行渲染技术

随着地球空间信息技术的发展,建立具有海量空间数据的大规模虚拟地形场景越来越重要. 然而,面对海量的地形数据,如何简化地形,提升绘制与渲染效率,是地形渲染的关键. 本文对LOD地形渲染技术、大规模数据集的分析与处理、并行计算等相关技术进行了研究,提出了基于LOD的海量地形数据并行渲染技术. 该技术首先使用LOD四叉树简化地形,其次结合多核CPU并行计算的方法提升效率,最后结合大规模数据调度策略,实现了海量地形数据的并行渲染,并分析对比了非并行和并行情况下的实验结果. 本文所取得的理论与技术方面的成果可为大规模场景渲染提供新的技术思路.     

OpenGL在视频游戏中的应用

OpenGL是一个图形系统的标准软件接口,使用OpenGL可以开发出高性能并能充分发挥硬件机能的图形程序。OpenGL被广泛使用在视频游戏、三维图像制作、工业设计等多个方面,它包含有120个不同的命令用于描述3D物体以及渲染方式。文中简述了在Windows平台下OpenGL在三维游戏开发中的地位,及它是如何将游戏画面快速高质地显示在屏幕上的。文中详述了使用OpenGL绘图,gltranslate函数实现对坦克的平移,利用OpenGL提供的函数实现坦克的3d效果。通过使用OpenGL,DirectInput在Windows下设计一个3D游戏的构架。     

基于联锁分块的大规模地形建模方法研究

针对已有MRLoD算法生成的地形=三角形网不稳定等缺点,提出了一种新的基于联锁分块的大规模地形建模方法,在对地形进行分块调度的基础上通过预先建立分块模板和分块联锁模板,渲染时动态匹配各模板建立平滑完整的分块模型,在分块调度及附加计算策略下,拼接各分块以完成整块地形的多分辨率建模,并以高效的方式将模型数据传人渲染硬件.实验表明,在满足了精度要求的同时提高了模型的稳定性,有效减少了实时计算量,在渲染效率上取得了令人满意的结果,能够满足用户对大规模地形的实时漫游的要求.     

基于三角形带的地形可视化算法研究

三维地形可视化是三维视景仿真的重要组成部分.目前多数地形LOD算法以地形本身的数据结构为出发点,在绘制过程中地形网格中的三角形一般作为独立的元素在图形加速卡中渲染,在一定程度上降低了效率.对基于三角形带的地形可视化算法深入研究,首先使用交叉存取的四叉树数据结构对网格进行表示,表示方法有利于在显示过程中实时产生三角形带,通过嵌套误差判据球来确定顶点的活跃度,最后所产生的地形网格是一个三角形带,有利于加快显卡的处理速度,提高了显示效率.实验结果表明,算法是可行的.     

基于Mipmap的大规模地形绘制算法与仿真

研究大规模地形与纹理数据动态可视化算法与仿真问题。针对大规模地形与纹理数据动态可视化实时显示难题,提出一种基于Mipmap的大规模地形动态绘制算法,实现模型数据库组织与管理的高效性、场景调度的实时性,以北京市地形数据为仿真模型,实现大规模地形与纹理数据动态可视化算法与实时仿真。上述算法在Mipmap技术的基础上,首先利用双线性内插算法把离散的原始数据生成规则网格DEM,然后采用四叉树结构的LOD算法简化海量地形和纹理数据,最后使用四队列分页调度、基于视域的LRU算法释放内存、多线程并行处理的场景优化策略来进行动态调度和绘制。结合OSG和Open GL渲染引擎,将基于Mipmap的大规模地形绘制算法应用在北京市地形绘制中,仿真结果表明,上述算法比传统的CLOD地形瓦片绘制算法,具有更快的渲染绘制速率,并且能够快速绘制北京市地形数据和在不同场景下进行快速浏览。     

虚拟战场环境中地形场景的实时简化技术

三维地形场景实时简化是构建虚拟战场环境中的基本问题,本文论述了一种基于限制四叉树的地形简化算法,实现对规则格网DEM的连续多分辨率表示,结合实时消隐技术,减少场景绘制的三角形数目,提高了大规模DEM地形场景的实时可视化和动态交互的速度。     

基于约束误差判据的动态地形可视化算法

在动态地形可视化中,误差判据决定着每帧需要绘制的三角形结点个数, 决定着渲染地形的真实度和算法效率。常用的屏幕误差计算方法,在实时绘制阶段为避免 T-连接和裂缝的生成,需要大量的维护工作并产生大量冗余三角形,不利于地形的实时绘制。 论文利用局部地形粗糙因素约束嵌套误差判据球,能较好的体现地形的局部细节,同时减少 平坦地区冗余三角形的产生。并利用延迟判断的帧间连贯性减少实时绘制时的计算量,进一 步提高算法效率。实验结果表明,利用带约束的误差判据的动态地形可视化算法能够有效减 少冗余三角形,在体现地形真实效果的同时有效提高算法效率。     

层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速绘制

大规模地表模型的实时绘制是虚拟现实技术中重要的研究课题之一。为了加速地表模型的绘制，人们采用视点相关的动态多分辨率层次细节模型方法，但是算法效率依然有待提高。该文提出一种层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速地形绘制方法。算法旨在利用地表模型所具有的horizon特性在预处理中为地表多分辨率块模型建立相应的层次“块”可见性结构，快速判定地形块相对于当前视点的可见性，以减少多分辨率模型中模型细节的处理和绘制三角形的数目。同时为消除地表模型层次变化所带来的可见性错误，算法提出一种层次结构可见性计算方法，以修正多分辨率模型所带来的可见性动态变化。实验结果表明算法有效地提高了绘制效率，是可行的。     

基于静态LOD的输电线路虚拟地形渲染优化算法

针对输电线路三维可视化系统中大规模地形场景的渲染问题,提出一种基于静态LOD的虚拟地形绘制优化算法. 建立输电线路廊道内地形高程数据的分块模型,将视角移动速度纳入细节层级的评价因子中,结合视点距离、地形复杂度等因素改进评价函数. 通过阈值判断网格内数据点高程值的方差,选择不同的线性插值函数完成地形曲面的模拟效果. 实验结果表明所提算法有效减少了运动状态下地形三角面的绘制数,具有更加流畅的虚拟场景帧数和良好的地形仿真效果.     

一种基于外存的地形实时绘制方法

为了解决地形模型由于受内存限制而无法进行实时绘制的问题，提出了一个有效的基于外存的海量地形数据实时可视化框架，该框架由三层体系结构构成：管理层，调度层，自适应LOD活动地形渲染层。利用该框架进行海量地形的实时绘制，理论上可以达到绘制速度与地形规模基本无关。文章给出了该框架的一个实现，并通过对36块具有500万个三角片的地形进行测试，可以达到25帧/秒的实时绘制速率，验证了该框架的有效性。     

Back-to-Front Ordering of Triangles in Digital Terrain Models over Regular Grids

Visiting triangles that conform a digital terrain model is a core operation in a number of fields like animation and video games or generating profiles, cross-sections, and contours in civil engineering. Performing the visit in an efficient manner is an issue specially when the output of the traversal depends in some way on additional parameters or information changing over time, for example, a moving point of view. In this work we report a set of rules that, given a digital terrain model defined over a regular grid and an arbitrary point of view outside the terrain, define a total back-to-front order in the set of digital terrain model triangles with respect to the point. The set of rules is minimal, complete and correct. To assess how the rules perform, we have implemented a CPU-based algorithm for realistically rendering height fields defined over regular grids. The algorithm does not make use of the z-buffer or shaders featured by our graphics card. We show how our algorithm is implemented and show visual results obtained from synthetic and real data. We further discuss the algorithm performance with respect to two algorithms: a naive algorithm that visits triangles according to grid indices and does not solve the hidden line problem, and the z-buffer provided by the graphics card featured by our computer. Our algorithm allows real-time interaction when the point of view arbitrarily moves in 3D space and we show that its performance is as good as that of the z-buffer graphics card.     

视点相关的真实感三维风景区模拟研究与实现

提出采用八叉树组织真实山体数据,根据视点距离采用不同的细节层次LOD表示山体各部分,并结合视觉剪裁和帧间相关性进一步减少绘制的山体,达到加速三维地形的绘制和漫游的目的.使用混合纹理映射、阴影渲染技术,并加入山谷中的水面模拟,生成具有真实感的大规模三维风景场景.实验结果表明该方法有效地减少了算法复杂度,易实现碰撞检测,大大提高了绘制效率,在PC机上能实时地生成高分辨率、具有真实感的场景,完全满足VR交互要求.     

一种实现超大规模地形的拼接技术研究

本文提出了一种适合于超大规模地形的渲染的实时拼接技术。其核心思想是基于地形动态载入技术,对地形可见部分实时载入、拼接和渲染。该方法解决了地形边界匹配的问题,使得缝合的地形不产生裂缝,实现自然还原。在PIV 2.2G、ATI 9550显卡、512MB RAM的硬件平台上,本技术可实现大约144平方公里的地形实时渲染。实现表明,该方法能够提高渲染速度,降低内存开销,适合于超大规模地形的实时可视化。此项设计也是游戏引擎中的一个功能模块。