基于瓦片数据结构的大规模地形构建与显示

地形漫游在仿真、模拟、虚拟现实、游戏等领域都有广泛的应用，但其大规模地形实时动态绘制的速度和质量一直是一个难点。文章主要分析了地形场景数据管理与实时调度、视相关多层次细节模型与可见性判断以及分层数据组织与瓦片数据绘制等关键问题。在研究多种层次算法的基础上，提出了一种实时高帧率绘制大规模地形的瓦片重组数据结构的方法，并改进了视景体裁切重组地形数据的方法。实验结果表明该方法在保持地形逼真的情况下，有很好的绘制网格帧率和实时动态交互的效果。     

海量地形数据实时可视化技术研究

针对海量地形数据实时可视化,提出了一种瓦片金字塔模型和线性四叉树索引相结合的地形数据管理模式,利用视景体裁剪和基于分辨率测试的目标瓦片快速搜索算法,实现了地形数据的实时装载,采用基于动态二叉树构网的方法,实现了地形数据的实时绘制.     

外存大规模地形实时动态绘制算法

本文结合视点相关的层次细节技术、可见性剔除技术以及多线程技术等,提出一种基于外存中大规模地形实时动态绘制算法。在将原始DEM数据分割成多块标准化地形块的前提下,调度线程根据视景体顶点移动情况预测后续绘制所需地形并将其从外存预先加载到内存;绘制线程主要借助动态四叉树结构、标识矩阵、裁剪视景体来实现地形的多分辨率网格模型快速生成。实验表明,算法能够在普通PC机上实现大规模地形的实时绘制和漫游。     

大规模三维地形实时绘制的简化技术研究

在考虑地形特征和视相关特点的基础上,采用了一种简单的四叉树剖分评价函数用于实时生成动态的多分辨率地形模型。在三维场景漫游中,采用多级缓冲机制实现了视点快速移动下场景数据的调度和绘制,同时提出了一种综合考虑帧率和细分评价函数的自适应LOD调度方法,并采用和地形调度相一致的方法进行多级纹理映射。最后开展了算法实现的编程工作,实现了基于以上简化技术的大规模三维地形的可视化。     

三维地形可视化中不同图元渲染效率比较分析

大规模地形场景一般由几百万甚至更多的顶点构成,地形瓦片的图元组织与绘制效率直接决定了地形渲染的速度和质量。为明确Triangles,Triangle Strip,Triangle Fan和优化的Triangle Strip图元渲染效率,选取常用的11种大小瓦片样本进行对比试验。从初始化时间、索引缓存大小和实时绘制时间3个方面评估图元效率。结果表明：在地形瓦片小于256时,Triangles和优化的Triangle Strip具备较高的渲染效率,Triangles会占用较大的索引缓存;在地形瓦片超过256时,优化后的Triangle Strip图元具有最高绘制效率,并且占用最小的索引缓存。     

基于WPF的大规模地形可视化系统设计与实现

针对大规模地形可视化的需求,设计并实现了基于WPF的大规模地形可视化系统。阐述了虚拟地球、瓦片金字塔结构、数字高程模型的基本原理及在系统中的应用,设计了基于游戏循环的可视化框架,实现了自由摄像机、瓦片模型调度、瓦片模型生成等关键功能。实验表明,该系统能够实时、准确地实现大规模地形的可视化,具有较高的应用价值。     

一种视点相关球面地形LOD算法

在地形可视化领域,基于海量数据的全球地形3维可视化已经得到广泛关注和研究。在经典ROAM算法的基础上,提出了一种视点相关全球地形LOD模型SROAM。该算法采用正方体作为网格细分的顶层,正方体上每一个面分裂成两个三角形作为ROAM算法二叉树的根节点。给出了高程数据球面映射的方法,在动态误差计算过程中,考虑了地平线约束条件,进一步对网格进行简化。实验结果表明,此算法能实时动态地生成全球地形LOD模型,实现全球地形场景的平滑绘制。     

一种基于GPU Tessellation的地形渲染方法

为了在大规模地形实时渲染过程中提高渲染效率和得到更平滑逼真的地形,该文提出了一种基于GPU Tessellation技术的地形可视化方法。该方法首先对地形预处理构建四叉树;使用视锥体裁剪和LOD选择降低CPU-GPU数据传输量;在三角化阶段利用GPU代替传统的CPU进行三角化方法极大地减轻CPU的负担并且提高了渲染速率;同时引入地形粗糙度计算GPU Tessellation算法内部细分因子,达到平滑而又不失细节的地形表面渲染效果;以数据细节层次动态设置GPU Tessellation算法的外部细分因子消除了T型裂缝。实验结果表明,该方法CPU利用率低,能够以较小计算代价消除T型裂缝,在地形实时交互式漫游系统中能以较高的渲染帧率输出平滑、逼真的三维虚拟数字地形。该文方法可运用到大规模地形可视化系统中。     

基于地形数据的瓦片金字塔构建与组织

首先介绍了多分辨率金字塔模型,为了实现海量地形数据的实时绘制性和多分辨率处理,提出了一种改进的瓦片金字塔构建算法,然后分析了瓦片的索引和瓦片间的拓扑关系,并对论文中算法的可行性进行了实验证明。     

三维地形数据塔式结构模型与可视化方法研究

针对在地形绘制中三维地形数据量巨大和绘制速度慢等问题,提出了一种基于GPU加速的大区域三维地形数据的塔式结构模型及实时可视化新方法。首先构建细节层次模型来减少大区域地形实时绘制的地形数据量,然后建立DEM数据和DOM数据的金字塔式数据模型来实现大容量三维数据的实时装载和动态卸载,并采用CUDA编程实现了大区域三维地形可视化的GPU加速。     

几何地形数据实时绘制技术研究

大规模地形可视化在三维地理信息系统、虚拟现实以及虚拟地理环境系统中占有重要地位。本文研究大规模地形实时绘制技术，探讨了大规模地形实时绘制的基本途径和相关技术问题。     

开源软件VTP中的大规模实时地形绘制算法实验研究

本文对开源3DGIS软件VTP中的一种视点相关多分辨率地形模型生成算法——McNally算法进行了实验研究,结果表明:三角形数量大于5000时,用该算法绘制的地形弹跳现象消失;地形赋予纹理后,分辨率变化对显示的效果的影响很小,因此,在满足显示效果的情况下,没有必要追求过高的分辨率,即三角形目标个数。     

地景模型的简化与快速绘制方法研究

在分析地景模型数据特点的基础上，提出了地景模型简化的判决准则，并根据该则提出了基于视点的区域数据抽取与简化方法以及基于法矢量的细节模型简化方法。实验结果表明，使用该方法数据压缩量大，绘制速度快，且逼真度无明显变化。     

地形三维场景实时变换及可视化方法研究

地形数据的三维可视化技术一直是3DGIS领域一项重要的研究技术。从地形实时渲染的需求出发,提出大地坐标系下的多分辨率地形组织模型,并对可视化过程中的坐标空间变换方法进行研究,提出一种适合大区域地形可视化的坐标空间变换方案,使可视化的三维地形场景尽可能真实反映其自然的分布形态,使影像纹理、地物与地形之间进行精确的映射与匹配。     

大规模地形实时绘制中的地平线遮挡剔除算法

大规模地形场景包含大量的几何数据,无法一次性载入内存,并具有极高的复杂度,因而无法进行实时绘制。本文提出一种用于大规模地形场景的实时地平线遮挡剔除算法。该算法采用四叉树结构构造地形的多分辨率层次细节模型,按照大致由前向后的顺序遍历地形时构建遮挡地平线,应用地形包围盒技术,把地形区域与地平线相比较,以确定何时它们对于视点来说完全被遮挡并剔除这些被遮挡的区域。实验结果表明在贴地漫游的情况下,显著提高了场景绘制速度,证明了此算法的有效性。     

An effective spherical panoramic LoD model for a mobile street view service

Street view (panoramic view) services have begun to shift from PC platforms to mobile smart devices. Considering the capabilities of smart terminal devices, a 360° spherical level of detail (LoD) model for mobile street view services that renders panoramic images on the inner surface of a sphere via LoD is proposed in this article. Panoramic images are segmented into tiles and organized in a pyramid tile structure for LoD rendering to improve the rendering efficiency of the proposed model. A projection model between panoramic images and the spherical surface is presented to map the panoramic tiles on the spherical graticule. A street view‐rendering algorithm of panoramic images is proposed with the rendering function of OpenGL for Embedded Systems (OpenGL ES). A street view service app running on Android, based on the proposed approach, is implemented to assess two aspects of the panoramic view model, namely visualization effect and efficiency. Experiment results reveal that the 360° spherical LoD model of the panoramic image can display 3D street view scenes better than the cubic panoramic view model. The proposed model also has an excellent 3D visualization effect and high‐efficiency rendering ability for mobile street view services. Therefore, it is applicable in large‐scale mobile street view services both online and offline and in augmented reality navigation.     

一种面向大场景3维显示的地形建模方法

提出一种面向大范围3维场景显示的地形建模方法.该方法基于数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)固有的栅格特点,将大范围场景划分成小的子块.根据应用对这些子块的精度要求,采用不同地形建模方法构建相应的细节层次LoD( Level of Detail)模型.最终,通过拼接这些子块模型完成对整个大场景的多分辨率建模,试验结果表明,该算法具有较好的实用性和有效性.