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多分辨率地形特征实时渲染研究

作　者: 王玉辉
导　师: 徐锡山
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机技术
关键词: 多分辨率地形特征实时渲染一致性
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

采用多分辨率方法和技术对地形特征进行高性能实时渲染，具有重要的应用需求和价值，也是计算机图形学和地形可视化的一项关键技术。多分辨率的基本思想是根据视点位置和实时渲染的视觉一致性要求，动态选择使用合适分辨率的数据，以同时达到最佳的视觉效果和实时性能。因此，多分辨率技术的理论依据是渲染性能、视觉效果、分辨率、数据量、动态分辨率切换控制方法等因素之间的定量数学关系。本文依据多分辨率的基本原理，针对点状、线状和面状地形特征的实时渲染需求，根据不同类型地形特征的特点规律，通过定量分析推导影响实时渲染性能的主要因素，提出了不同的多分辨率模型和动态分辨率切换控制算法。根据点状地形特征的层次特点和空间分布规律，提出了基于最佳空间分割的多分辨率数据组织管理方法和基于视点高度的分辨率切换控制，推导了渲染性能、数据规模、分割尺寸之间的定量关系，通过实验方法可以确定最佳空间分割尺寸，同时达到较高的实时渲染性能和效果。对于线状地形特征，分析推导了视觉误差与视点位置和世界坐标之间的关系，由此对线状地形特征的顶点进行简化，建立相应的多分辨率模型。鉴于平均顶点渲染时间与顶点个数和图形系统有关的事实和特点，提出了一种基于虚拟连接和最佳线段长度的几何渲染方法，通过实验方法测试确定最佳虚拟连接顶点个数，极大提高了大规模线状地形特征的渲染性能。测试结果表明，对于百万以上顶点个数的渲染规模，仍然可以达到实时要求。针对要求以连续光滑曲线方式显示边界轮廓的面状地形特征，提出利用不同顶点个数进行曲线逼近的多分辨率方法，分别使用二次和三次Bézier曲线，推导了相应的控制顶点计算公式，根据Bézier曲线的几何计算特点和顶点逼近的横向误差估算公式，设计和实现了边界光滑连续的多分辨率面状特征渲染算法。通过测试分析，给出了在同等条件下推荐使用三次Bézier曲线的结论。通过理论分析、程序设计和实验测试，验证了基于最佳空间分割、最佳虚拟连接和顶点逼近的多分辨率方法是可行、正确、有效的，同时指出多分辨率方法与图形处理单元和并行计算相结合是高性能地形渲染的未来发展趋势。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状与进展  12-17
    1.2.1 国外研究现状与发展  13-15
    1.2.2 国内研究现状与发展  15-17
  1.3 研究内容与组织结构  17-19
第二章多分辨率点状地形特征渲染  19-26
  2.1 点状地形特征渲染的需求  19
  2.2 基于空间分割的多分辨率点状地形特征渲染  19-22
    2.2.1 点状地形特征的空间分割和散列  20
    2.2.2 基于视点高度的显示控制  20-21
    2.2.3 渲染性能计算和最佳空间分割  21-22
  2.3 基于World Wind插件机制的渲染性能测试分析  22-25
    2.3.1 World Wind软件和插件机制  22-23
    2.3.2 渲染性能测试分析  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章多分辨率线状地形特征渲染  26-39
  3.1 线状地形特征渲染的需求  26-27
  3.2 多分辨率线状地形特征  27-30
    3.2.1 投影变换  27-28
    3.2.2 顶点删减  28-30
  3.3 基于虚拟连接的线状地形特征渲染  30-33
    3.3.1 虚拟连接  30-31
    3.3.2 虚拟连接的最佳长度  31-33
  3.4 多分辨率线状地形特征渲染的算法和性能  33-38
    3.4.1 基于虚拟连接的多线程渲染  33-35
    3.4.2 渲染性能测试分析  35-38
  3.5 本章小结  38-39
第四章多分辨率面状地形特征渲染  39-50
  4.1 边界连续光滑的面状地形特征渲染需求  39-40
  4.2 基于二次Bézier曲线的边界光滑和顶点逼近  40-44
    4.2.1 基于二次Bézier曲线的边界光滑  40-41
    4.2.2 曲线逼近的解析方法分析  41-43
    4.2.3 多分辨率的顶点逼近  43-44
  4.3 基于三次Bézier曲线的边界光滑和顶点逼近  44-46
    4.3.1 基于三次Bézier曲线的边界光滑  44-45
    4.3.2 多分辨率的顶点逼近  45-46
  4.4 实时渲染算法和性能测试分析  46-49
    4.4.1 多分辨率顶点逼近算法  46-47
    4.4.2 渲染性能测试分析  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章结束语  50-53
  5.1 总结  50-51
  5.2 展望  51-53
致谢  53-54
参考文献  54-58
作者在学期间取得的学术成果目录  58

多分辨率地形特征实时渲染研究

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