大范围三维地形场景快速渲染方法研究

随着遥感和GIS技术的发展,获取高分辨率图像数据和高精度地形数据已成为现实,人们对地形的表示也逐渐转变为三维形式。三维地形视觉渲染的实时性决定了3D应用场景的逼真度和有效性。本文运用LOD技术和节点综合评价技术对三维地形数据进行组织,并利用GPU并行处理算法增强运算效率。实验表明,该方法在三维地形加载时提高了场景加载效率,以及计算机绘制三维地形场景的流畅性。     

三维地形可视化技术研究进展

三维地形是虚拟自然环境中不可缺少的因素,也是虚拟仿真领域中视景系统的重要组成部分。该文将地形生成技术概括为三维地形简化技术、大规模地形数据的动态调度与地形简化相结合的处理技术和地形纹理数据的组织与应用技术等三大类,并分别介绍了这三类技术的相关理论和方法。     

基于多核CPU的大规模DEM并行三维渲染

采用数据分块进行地形数据组织,基于缓存策略进行数据调度,对各地形块采用四叉树LoD(level of detail)的细节简化算法,利用多核CPU的计算特性实现四叉树LoD的并行生成,在动态构造地形三角网后,让不同的CPU核心负责不同地形区域以实现并行渲染,基于OpenMP及OpenThreads建立原型系统。实验结果表明,并行化渲染具有明显的性能优势。     

三维场景实时建模中地形生成算法优化

通过分析三维场景实时渲染中视点无关与视点相关地形生成算法的性能,提出了优化的视点相关地形生成算法。此算法主要针对地形拆分、可视精度计算、观察视点距离计算、以及地形可见性裁剪这4个方面的策略做出了详细的阐述。并以渲染精度为衡量标准,通过实验对比分析了优化后的视点相关地形生成算法与视点无关地形生成算法的性能。除此之外,以渲染效率为标准,通过实验分析对比了优化后的视点相关地形生成算法与原视点相关地形生成算法的性能,并给出了一个运用此优化算法构建的三维地形模型。     

基于Mipmaps技术的快速地形渲染算法研究

介绍了Mipmaps在地形可视化中应用的基本原理和方法,讨论了细节层次的选择、裂缝的消除、平滑过渡等关键技术,实现了基于Mipmaps的地形快速渲染.     

三维地形的生成技术及实现

概要介绍了三维地形生成的基本技术，结合三维建模软件MultiGen Creator2.4的地形数据库模块，详细讨论了MultiGen Creator2.4中构建地形的四种算法，并以福建省福清地区水口店为研究区域，成功建立了视觉效果较好的三维地形。     

基于纹理合成的三维地形水墨风格渲染研究

提出了基于纹理合成的三维地形水墨风格渲染的方法,以规则格网DEM为数据源,基于OSG进行三维地形建模,在此基础上提取山体特征线,然后生成一幅灰度控制图像。对Efros01纹理合成算法进行改进,利用灰度控制图像指导水墨纹理的合成,将得到的纹理图像映射到三维地形上,实现对三维地形的水墨风格渲染,通过对水墨纹理样本的选择和纹理合成参数的设置能够实现对纹理合成过程的交互控制。结果表明,该渲染方法对三维地形的水墨风格渲染具有较好的效果。     

面向大场景三维可视化的高精度地形数据组织

本文在分析地形数据的组织方式和LOD模型实现方法的基础上,对于大场景高精度地形数据提出了基于不规则三角网的离散LOD组织存储思路。在不规则三角网数据块的构建及接边、高精度数据的不规则LOD树与普通数据的LOD树的融合等方面做了具体研究,为大场景高精度地形数据的组织存储提供了参考。     

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。     

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。     

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。     

一种采用OpenMP技术的3DGIS并行绘制模型

针对海量3DGIS数据绘制计算量大、耗时长的特点,在多核计算和程序设计的基础上,利用OpenMP并行开发技术设计了多核3DGIS并行绘制模型。此模型利用3DGIS数据的可并行性特征,充分利用计算机的多核计算资源,通过派生出多个同步线程对3DGIS非相关数据进行并行绘制,并采用OSG渲染引擎进行可视化。结合三维城市场景实例验证了多核并行绘制所带来的计算加速比。     

基于Java 3D的地形可视化及关键技术研究

3维地形可视化是科学计算可视化、计算机动画和3维地理信息系统的核心。Java 3D是Java语言的标准扩展,是跨平台的3维可视化编程接口。本文讨论了基于Java 3D技术实现地形的3维可视化及旨在提高渲染速度和提高绘图效率的几种关键技术。     

专题数据三维地形可视化Web应用的实现

GIS和Web技术的发展,促进了各类专题的三维可视化在Web上的广泛应用。专题数据三维地形可视化技术和NewMap软件的结合,可以实现海量专题三维数据在Web上的快速浏览。     

Eye-tracking Study on Different Perception of 2D and 3D Terrain Visualisation

Abstract

The use of computer-generated perspective views, often named as three-dimensional (3D) maps, is growing. These terrain visualisations should be more understandable for users without cartographic education, which are not familiar with contour lines. Within the study, two eye-tracking experiments and online questionnaire were used for investigating the difference between user cognition of classical two-dimensional (2D) visualisation with contour lines and perspective 3D view. Questionnaire was focused on maps understandability, suitability and aesthetics. Results of the questionnaire shows, that the majority of participants prefer 3D visualisation. First eye-tracking experiment was designed as a pair of maps in one stimulus. One shows 2D visualisation, the other 3D visualisation. No significant differences between user preferences of 2D and 3D visualisation were found, but the results were influenced with the order of the maps in the stimuli. Because of that another experiment was designed. In this case stimuli contained only one of two possible visualisations (2D and 3D). ScanPath comparison of this experiment results confirmed that users have different strategies for cognition of 2D and 3D visualisation, although statistically significant difference between both types of visualisation was found in the ScanPath length metric only.     

利用可编程GPU硬件进行大规模真实感地形绘制

提出了一个用于大地形数据外存可视化的硬件加速的视点相关LOD渲染算法。为了在可视化中实现真实感,把相应的卫星或航空图像纹理应用在地形上,还提出了在保持实时帧速的同时,在地形上显示如建筑物、树木、道路等大量的静态物体集合的高效率的目标处理算法。上述算法已成功地在不同的实际地形数据和卫星影像纹理上进行了测试,测试结果表明,基于可编程GPU硬件的大规模地形绘制速度快、真实感强。     

三维真实感地形建模与可视化

研究了三维真实地形建模与可视化的整个流程,利用OpenGL通用图形程序接口实现了基于DEM数据与遥感影像的三维地形的快速生成与仿真;并将三维地形生成技术应用到了天山公路三维地质灾害场景可视化中。详细阐述了以遥感影像作为地形纹理的处理方式与流程以及构建真实地形场景技术的方法和优化方案,提出了在实际应用中建立个性化三维地形系统的重要性。     

基于3维GIS的地形可视化及其应用

借助GIS强大的空间数据处理和3维可视化分析功能，以长江中游湖北地区为试验区，利用现有的遥感影像、数字高程模型（DEM）和地理要素的矢量数据，实现了地形的3维可视化和地表分析。解决超大数据量数字高程模型（DEM）快速显示的算法，研究了基于3维场景空间分析的理论，最后对系统的实现做了简要介绍。     

基于3维GIS的地形可视化及其应用

借助GIS强大的空间数据处理和3维可视化分析功能,以长江中游湖北地区为试验区,利用现有的遥感影像、数字高程模型(DEM)和地理要素的矢量数据,实现了地形的3维可视化和地表分析。解决超大数据量数字高程模型(DEM)快速显示的算法,研究了基于3维场景空间分析的理论,最后对系统的实现做了简要介绍。