学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

三维地形场景实时渲染技术相关算法的研究与改进

作　者: 曹巍
导　师: 吴信才
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 地形渲染算法地形简化地形分块 GPU
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 698次
引　用: 10次
阅　读: 论文下载

内容摘要

地形渲染技术是构建三维地理信息系统的核心技术,它利用大量的三角形面片描述地形表面的几何形状,然后将这些三角形绘制在计算机屏幕上,实现对地形场景的三维可视化表达。目前,在对规模越来越大、分辨率越来越高的地形场景进行渲染的过程中,遇到了计算机图形绘制能力无法满足渲染要求的问题,这给地形渲染技术提出了严峻的挑战。为了解决这个难题,本文从软件算法方面进行深入研究,对ROAM、四叉树等面向CPU的地形渲染算法从地形拆分方式、简化准则、视觉误差等方面进行了详细的分析,同时也对面向GPU处理的以地形分块为特点的渲染算法Chunk LOD、GeoMipMap等进行了详细的介绍。针对前人算法存在的缺点,文中提出了相应的解决方案,同时提出了基于无缝分块方式的渲染算法,实现了大规模地形场景的实时渲染。以下是本文取得的具体研究成果:1.采用特殊的地形分块方式,在无需多余计算以及图形绘制的情况下解决了相邻地形块之间的裂缝问题2.对通用地形数据文件的数据结构进行了有效调整,将动态构建地形三角网的工作从实时渲染阶段调整到数据预处理阶段,有效提高了绘制速度3.动态创建纹理mipmap图,在纹理映射时避免了纹理走样,同时有效节省了系统资源4.改进了数据调度的方式,利用独立线程分批完成数据的装载和卸载,合理利用了系统内存,提高了数据调度能力,减少了GPU等待数据的时间5.将基于顶点或者三角形的渲染方式改进为基于三角形条带的渲染方式,充分利用了GPU的图形绘制能力,并避免了GPU对相同顶点的重复计算6.改进算法充分发挥当前GPU的可编程特性,利用高级着色语言编写小程序将部分顶点处理工作放在GPU执行,减轻了CPU的压力,同时发挥了GPU擅长处理浮点数据的优点

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-16
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研究现状  12-14
  1.3 研究内容  14
  1.4 技术路线  14
  1.5 论文组织结构  14-16
2 三维图形程序设计与地形渲染概述  16-51
  2.1 三维图形程序设计概述  16-30
    2.1.1 三维图形坐标变换  16-19
      2.1.1.1 世界变换  16-18
      2.1.1.2 取景变换  18
      2.1.1.3 投影变换  18-19
      2.1.1.4 视区变换  19
    2.1.2 纹理映射技术  19-24
      2.1.2.1 纹理寻址模式  21-23
      2.1.2.2 纹理过滤  23-24
    2.1.3 GPU 工作原理  24-30
  2.2 地形渲染技术概述  30-51
    2.2.1 地形数据的数据结构  30-35
    2.2.2 地形的绘制  35-37
    2.2.3 地形简化相关技术  37-51
      2.2.3.1 LOD 模型与分类  38-40
      2.2.3.2 模型简化理论及方法  40-42
      2.2.3.3 地形简化方法  42-49
      2.2.3.4 简化产生的误差  49-51
3 面向CPU 处理的地形渲染算法  51-75
  3.1 基于二元三角树的地形渲染算法  51-64
    3.1.1 ROAM 算法描述  51
    3.1.2 ROAM 算法的节点分解方法  51-54
    3.1.3 节点误差计算  54-56
    3.1.4 分解与合并队列  56-57
    3.1.5 只有拆分操作的ROAM 简化算法  57-64
      3.1.5.1 节点误差计算  58
      3.1.5.2 节点的分解  58-64
    3.1.6 渲染结果  64
  3.2 基于四叉树数据结构的地形渲染算法  64-74
    3.2.1 四叉树数据结构  64-65
    3.2.2 基于四叉树的地形划分  65-69
      3.2.2.1 视距法则  67-68
      3.2.2.2 表面粗糙度法则  68-69
    3.2.3 四叉树的地形渲染及优化处理  69-74
      3.2.3.1 地形渲染  69-70
      3.2.3.2 渲染优化  70-74
    3.2.4 渲染结果  74
  3.3 本章小结  74-75
4 基于分块方式的地形渲染算法  75-97
  4.1 基于GeoMipMap 的地形渲染算法  75-87
    4.1.1 GeoMipMap 的算法思想  75
    4.1.2 地形块细节等级划分  75-80
      4.1.2.1 屏幕误差  78-79
      4.1.2.2 几何误差与屏幕误差的转换  79-80
    4.1.3 地形的渲染  80-82
    4.1.4 渲染优化处理  82-87
      4.1.4.1 裂缝处理  82-85
      4.1.4.2 地形突跳处理  85-87
    4.1.5 渲染结果  87
  4.2 Chunk LOD 算法  87-92
    4.2.1 几何误差计算  88-89
    4.2.2 裂缝处理  89-92
    4.2.3 消除Popping  92
  4.3 基于地形缝合的算法  92-96
    4.3.1 地形分块  92-94
    4.3.2 地形块缝合  94-96
  4.4 本章小结  96-97
5 改进的无缝分块方式的地形渲染算法  97-132
  5.1 算法概述  98-100
  5.2 地形数据的预处理  100-110
    5.2.1 数据存储结构分析  102-104
    5.2.2 构建地形数据文件  104-110
  5.3 地形块的裁剪  110-115
    5.3.1 视棱台的创建  111-112
    5.3.2 包围盒的创建  112-113
    5.3.3 相交性检测  113-115
  5.4 地形块节点的选取  115-117
  5.5 地形数据的调度  117-120
  5.6 地形块节点的绘制  120-125
  5.7 纹理映射  125-128
    5.7.1 纹理LOD 等级计算  125-127
    5.7.2 纹理坐标的计算  127-128
  5.8 消除Popping 影响  128-129
  5.9 算法实现流程与结果  129-131
  5.10 本章小结  131-132
6 总结与展望  132-134
  6.1 论文总结  132-133
  6.2 下一步工作  133-134
参考文献  134-142
致谢  142-143
附录1 攻读博士学位期间发表论文目录  143

三维地形场景实时渲染技术相关算法的研究与改进

内容摘要

全文目录

相似论文