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无约束全景漫游的大规模地形建模及绘制效率优化

作　者: 郭栋梁
导　师: 唐勇
学　校: 燕山大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 三维地形 双层结构 内外存调度 循环二维数组 饱和四叉树包围球
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


近年来,随着空间测绘技术的发展,地形数据在精度和广度上不断深化,出现了覆盖全球的地形数据。如何有效地组织地形数据,对大规模地形进行内外存建模,实现无约束全景漫游,是当前的研究热点。本文的研究目标为支持无约束全景漫游的大规模地形层次化建模和绘制效率优化,选题对大型空间信息可视化漫游具有重要的理论和现实意义。首先,通过分析地形内外存建模算法的国际最新研究成果,发现兼顾地形的整体信息和局部信息是实现大规模地形无约束全景漫游的关键。采用Lindstrom的地形分块多分辨率组织结构,结合微软研究院Hoppe渐进网格的思想,设计出上层四叉树下层二叉树的双层结构地形模型,在绘制地形局部时,保留对全景地形数据的管理;对局部视点相关地形数据设置数据缓存,利用循环二维数组存储地形块数据,使用绘制和调度双线程,实时调度地形数据,实现地形的快速平滑显示;通过强制不可剖分的三角形二叉树剖分规则,解决双层结构地形模型带来的裂缝问题。其次,在建立地形模型的基础上,从全景绘制和局部绘制两方面对绘制效率进行优化,重点研究:在全局范围内构建饱和四叉树包围球,自顶向下进行视域剔除;对局部绘制的规则网格进行三角形条带化处理;使用顶点数组,提高大规模地形绘制效率。最后,为验证双层结构地形模型的有效性,设计并实现了大规模地形可视化系统。实验表明该系统可以取得较高的帧率和较好的绘制效果,能够实现大规模地形的无约束全景漫游。将研究成果应用于863课题,解决大规模空间场景的高速绘制和全景漫游问题,达到预期效果,是对大规模地形全景漫游技术的一次有益探索。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
  1.3 主要工作和预期目标  16
  1.4 论文结构  16-18
第2章 大规模地形双层建模结构的提出  18-33
  2.1 基于内外存调度的大规模地形建模分析  18-23
    2.1.1 视点相关地形LOD 的绘制  18-19
    2.1.2 海量数据组织与调度介绍  19-21
    2.1.3 大规模地形的分块多分辨率建模  21-22
    2.1.4 分块多分辨率地形建模存在问题  22-23
  2.2 ClipMaps 渐进网格模型建模分析  23-25
    2.2.1 ClipMaps 渐进网格数据结构的表示  23-24
    2.2.2 对ClipMaps 渐进网格缺点剖析  24-25
  2.3 上层四叉树下层二叉树结构的提出  25-31
    2.3.1 无约束全景漫游大规模地形的难点总结  25
    2.3.2 上层四叉树下层二叉树结构及详细描述  25-27
    2.3.3 双层结构下外存数据的重组织  27-30
    2.3.4 视点相关的分块调度策略的设计  30-31
  2.4 本章小结  31-33
第3章 双层结构模型下三角形二叉树剖分规则的改进  33-47
  3.1 问题的引出：多分辨率和T 型裂缝  33-35
  3.2 结点剖分规则的引入  35-43
    3.2.1 屏幕误差判据  35-36
    3.2.2 饱和嵌套屏幕误差判据  36-38
    3.2.3 三角形二叉树剖分规则  38-43
  3.3 三角形二叉树剖分规则改进  43-46
    3.3.1 双层结构下剖分规则的分析  43
    3.3.2 双层结构下剖分规则的设计  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 无约束全景漫游的双层结构地形模型绘制效率的优化  47-55
  4.1 饱和四叉树包围球的设计  47-50
    4.1.1 可见性剔除  47-48
    4.1.2 饱和四叉树包围球  48-50
  4.2 三角形条带化  50-51
  4.3 地形绘制中顶点数组的使用  51-53
  4.4 本章小结  53-55
第5章 无约束全景漫游的大规模地形可视化系统的实现及应用  55-67
  5.1 系统的设计与实现  55-60
    5.1.1 系统硬件和软件配置  55
    5.1.2 系统的实现描述  55-57
    5.1.3 系统程序流程图  57-58
    5.1.4 系统界面设计  58-60
  5.2 实验结果分析  60-64
    5.2.1 裂缝处理结果分析  60-61
    5.2.2 绘制优化效果结果分析  61-62
    5.2.3 地形设置对绘制影响结果分析  62
    5.2.4 视点漫游能力结果分析  62-64
  5.3 空间信息可视化系统中的应用  64-65
  5.4 探索性研究  65-66
  5.5 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  74-75
致谢  75-76
作者简介  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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