Terrain-VDR：基于Out-of-Core的交互式地形并行绘制框架

作     者：殷萍 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石教英

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：地形 交互式可视化 Out-of-Core 集群 sort-first 保留模式 四叉树 LOD T-裂缝 几何过渡 Scene Graph 预装载 

摘      要：地形信息地可视化在实时仿真、3D游戏以及地理信息可视化等很多领域占有十分重要地位。随着遥感技术,卫星技术的发展,高分辨率的数字几何高程数据以及影像纹理数据的获取成为可能,但是大规模地形数据的交互式可视化给我们带来挑战。 本文设计并实现一个基于Out-of-Core的交互式地形并行绘制系统框架。系统运行在PC集群上,采用基于保留模式的sort-first并行绘制体系结构,并对绘制结果进行多屏幕投影显示。控制节点与绘制节点通过高速以太网互联。每个绘制节点的外存中都保留一份完整的地形数据,在实时绘制时根据投影区域进行任务划分并输出绘制图像。绘制节点之间通过控制端来控制和同步,并对最后投影进行几何矫正和纹理矫正,实现超高分辨率无缝拼接显示。 本文提出基于视点地交互式地形实时绘制算法。为了充分利用现代GPU对三角形的处理能力,地形的几何数据组织为基于块的四叉树。每个数据块为一个三角形网格,在预处理阶段生成,并组织为缓存连续性高的三角形条带。每个地形块可以用一个函数调用绘制出。为了解决单张高分辨率纹理映射的问题,我们利用纹理在绘制中的连贯性,将纹理数据组织为四叉树结构。地形实时绘制时LOD数据的选择是基于屏幕误差的。为了保证地形绘制效果的连续性,采用“裙边技术解决T—裂缝问题,并用几何过渡地来消除几何数据剖分与合并带来的视觉突变问题。此外我们采用视域剔除技术极大地减少了场景绘制的复杂性。 内外存之间的数据交换是基于外存的大规模场景实时绘制的瓶颈,系统进行有效的Out-of-Core数据管理,很好隐藏了数据调度的时间延迟。我们采用Scene Graph的数据组织方式。为几何数据的四叉树和纹理四叉树建立相应的Scene Graph,我们称为GSG和TSG。GSG和TSG中并不存储实际的几何数据和纹理数据,只是对几何数据和纹理数据的属性描述。实时绘制时,GSG和TSG总是存放在内存中。绘制节点根据GSG和TSG的信息来调度地形几何数据和纹理数据。采用与LOD相接合的数据实时装载算法,极大程度的隐藏从外存读取数据的时间开销。此外,我们对数据进行预装载与卸载,进一步提高Out-of-Core大规模地形实时绘制的性能。我们系统框架的主要特征是尽管数据远远超过了内存的容量,但是系统的性能不依赖于地形数据的大小。