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海量地形数据绘制技术研究与实现

海量地形数据绘制技术研究与实现

作者：顾群电子科技大学

学位级别：硕士

随着计算机的不断发展,社会对计算机图形学的需求也越来越大。本文所研究的海量地形渲染技术一直是计算机图形学中的热点问题。海量地形不仅在科研中有着非常重要的应用,在军用以及民用中也有着非常广泛的需求。数字城市、虚拟战场、娱... 详细信息

随着计算机的不断发展,社会对计算机图形学的需求也越来越大。本文所研究的海量地形渲染技术一直是计算机图形学中的热点问题。海量地形不仅在科研中有着非常重要的应用,在军用以及民用中也有着非常广泛的需求。数字城市、虚拟战场、娱乐游戏等等都需要海量地形渲染技术的支撑。全文围绕海量地形绘制系统的实现展开,进而详细剖析所使用的地形算法并基于此提出优化方法。本文首先对常用的几个地形绘制算法进行了研究,包括Brute地形绘制算法、Geomipmap地形绘制算法、四叉树地形绘制算法等。通过对地形算法的学习,了解地形绘制的基础知识。接着介绍了海量地形算法的具体情况。海量地形渲染技术一直被几个技术难点所困扰。首先是外存数据量过于庞大,如何有效的组织数据为渲染服务一直是研究的热点。其次是内外存数据传输速率较慢,与渲染速度不匹配的问题,这会成为整个渲染流程中的瓶颈,因为在每次渲染之前都需要通过内外存数据传输来获得相应的数据。第三是如何有效的提高渲染速度。本文的研究重点主要集中在后面两个难点上。关于内外存传输速率较慢的问题,本文考虑使用缓存的方式对外存数据实行存储。这样能够保证在每一帧的渲染中不必都去外存读取相关数据,减少内外存交换数据的频率。不仅如此,为了进一步的提高渲染效率,在此基础上又添加了二级缓存,二级缓存会对地形块的渲染信息进行保存,不必每帧都去获取渲染信息。通过这种双缓冲机制可以有效的提高整个渲染的效率。对于最后一个问题,近来随着GPU的快速发展,已经有人提出了基于GPU的地形绘制算法,即Chunklod算法。为了使算法效率更高,在此基础上本文添加了基于块的视锥体剪裁技术。以减少每次进入渲染流程的顶点。不仅如此,本文中还对原算法中的跃变处理技术进行了一定的修改,减少其运算量。通过对原算法的一系列改进,使其在应对海量数据地形渲染中有着更高的效率,帧率总体上升了几百帧。本文实现了一款海量地形仿真软件。本文对该软件的实现进行了讲解。主要介绍了系统的框架、核心流程以及系统的核心结构,并对该结构中的具体的类也逐一进行分析。

关键词：海量地形双缓冲机制地形绘制算法

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基于地形特征的TIN海量地形裂缝消除方法

计算机工程 2019年第3期45卷 232-236页

作者：吕希奎王奇胜李永发石家庄铁道大学交通运输学院石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043

针对海量三角网地形分块绘制中出现的裂缝问题,在地形特征的基础上,提出一种基于数字高程模型(DEM)分辨率动态添加共享边界点的方法。采用盲人寻径法快速求得地形块边界点,根据DEM的分辨率动态确定内插点间距,计算相临地形块边界宽度值... 详细信息

针对海量三角网地形分块绘制中出现的裂缝问题,在地形特征的基础上,提出一种基于数字高程模型(DEM)分辨率动态添加共享边界点的方法。采用盲人寻径法快速求得地形块边界点,根据DEM的分辨率动态确定内插点间距,计算相临地形块边界宽度值和交界有效长度。根据内插间距与交界有效长度计算出需要添加的边界共享数据点数,使得各级分辨率的共享边界点都保持一致,从而适应地形多分辨率绘制要求。测试结果表明,该方法在保证地形绘制精度的前提下,有效消除了不规则三角网海量地形绘制的裂缝,且能够解决不同分辨率地块裂缝的消除问题。

关键词：海量地形裂缝消除地形特征不规则三角网动态处理

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基于图形硬件的海量地形可视化算法

火力与指挥控制 2012年第11期37卷 61-64页

作者：殷小静慕晓冬陈琦第二炮兵工程学院西安710025

利用基于图形硬件的地形可视化算法——Geometry Clipmap算法的基本思想,结合图形硬件的最新发展情况,充分利用CUDA的并行计算能力和VBO、PBO的数据缓存能力,改进了数据预处理方式、数据缓存机制以及视景体裁切算法,通过三角形条带方式... 详细信息

利用基于图形硬件的地形可视化算法——Geometry Clipmap算法的基本思想,结合图形硬件的最新发展情况,充分利用CUDA的并行计算能力和VBO、PBO的数据缓存能力,改进了数据预处理方式、数据缓存机制以及视景体裁切算法,通过三角形条带方式进一步提高了绘制速度,实现了海量数据的实时可视化。实验表明,改进后的Geometry Clipmap算法提高了渲染效率,并节约了系统资源。

关键词：海量地形地形可视化数据缓存视景体剪切 Geometry Clipmap

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基于四叉树的海量地形实时绘制技术研究

基于四叉树的海量地形实时绘制技术研究

作者：肖光华江西师范大学

学位级别：硕士

地形可视化的概念是在20世纪60年代以后随着地理信息系统的出现而逐渐形成的，是一门以研究数字地形模型DTM的显示、仿真等内容的学科。它的应用涉及GIS、虚拟与现实、地形的穿越飞行等方面。本文围绕大规模地形数据的多分辨率表示以... 详细信息

地形可视化的概念是在20世纪60年代以后随着地理信息系统的出现而逐渐形成的，是一门以研究数字地形模型DTM的显示、仿真等内容的学科。它的应用涉及GIS、虚拟与现实、地形的穿越飞行等方面。本文围绕大规模地形数据的多分辨率表示以及其优化方法、内外存的动态调度、多分辨率纹理映射方法等方面进行研究和讨论，主要取得以下比较有特色的成果：（1）提出了一个基于四叉树的较合理的多分辨率节点评价系统。该系统的方法根据视距和物体表面的粗糙度来选择不同分辨率的节点进行绘制。然后在此基础上提出一系列的优化算法诸如裂缝修补、视景体剔除、背面剔除来提高绘制的质量。实验证明，以上的改进算法均取得不错的效果。（2）对地形数据组织方式和海量三维地形调度算法进行了研究。提出了基于地形数据分块的动态调度策略，并在调度策略中提出数据预取的方法来实现大规模地形的内外存调度。最后，通过实验验证了算法的有效性和可行性。（3）介绍了地形纹理数据结构和常用的纹理映射方法。提出了一种基于Mipmap的多分辨纹理映射算法。并在此基础上提出了纹理四叉树节点的选取、多分辨率纹理四叉树的实时装载、纹理的边界处理等关键优化技术。最后，通过实验验证了算法的有效性和可行性。

关键词：海量地形四叉树细节层次

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海量地形漫游中经典LOD算法的改进研究

海量地形漫游中经典LOD算法的改进研究

广东省测绘学会第九次会员代表大会暨学术交流会

作者：祖为国姚斌广东科诺电力岩土工程有限公司中交第四航务工程勘察设计院

对于海量地形漫游来说,一个好的优化的动态LOD算法起决定性的作用。随着Lindstrom基于规则网格视点相关的连续细节层次(CLOD)的提出,基于规则网格视点的算法得到了广泛的应用。本文对规则网格视点相关中经典的节点评价公式提出改进。基... 详细信息

对于海量地形漫游来说,一个好的优化的动态LOD算法起决定性的作用。随着Lindstrom基于规则网格视点相关的连续细节层次(CLOD)的提出,基于规则网格视点的算法得到了广泛的应用。本文对规则网格视点相关中经典的节点评价公式提出改进。基于[参考文献2]算法,从空间上进行延伸,从空间几何和数学角度分析,求得更佳的节点判定参数,并给出了严密的论证说明。基于该判定参数,减少冗余节点,使得LOD算法更优化。并基于该算法成功实现了海量三维GIS可视化系统。

关键词：四叉树 LOD CLOD 海量地形

来源： cnki会议评论

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一种基于OSG的海量地形快速渲染方法

测绘与空间地理信息 2014年第7期37卷 190-192,196页

作者：范亚兵王明海范亚洲刘勇 61363部队长安大学地球科学与资源学院

针对海量地形数据实时渲染,本文采用开源跨平台三维渲染引擎OSG(Open Scene Graph)技术,设计了一种海量地形快速渲染方案。文中对场景结构的组织和管理、LOD调度等关键技术展开了研究,分析了生成IVE三维模型的分页LOD层次结构,提出了一... 详细信息

针对海量地形数据实时渲染,本文采用开源跨平台三维渲染引擎OSG(Open Scene Graph)技术,设计了一种海量地形快速渲染方案。文中对场景结构的组织和管理、LOD调度等关键技术展开了研究,分析了生成IVE三维模型的分页LOD层次结构,提出了一种海量地形快速渲染的实现方法。试验结果实现了海量地形数据的实时加载、距离坡度测量、多种场景漫游方式以及水淹分析等功能,对工程实践有一定的指导意义。

关键词：开源场景图形海量地形细节层次模型视景仿真

基于Clipmap的海量地形及纹理实时绘制方法

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计算机技术与发展 2012年第10期22卷 22-26页

作者：宫晓辉温慧明于卓国网电力科学研究院中电普华信息技术有限公司北京100191

随着数据采集手段的提高,所获得的地形几何数据与纹理数据已远超出内存容量,如何对海量地形与纹理数据进行实时绘制一直是研究的热点问题,文中致力于为该问题提供解决方案。clipmap结构具有简单且利于硬件加速的特点,文中基于clipmap结... 详细信息

随着数据采集手段的提高,所获得的地形几何数据与纹理数据已远超出内存容量,如何对海量地形与纹理数据进行实时绘制一直是研究的热点问题,文中致力于为该问题提供解决方案。clipmap结构具有简单且利于硬件加速的特点,文中基于clipmap结构给出一种海量地形几何数据与纹理数据的绘制方法,并针对纹理数据量大的问题,给出一种基于缓冲区的纹理调度策略。实验表明,基于统一clipmap结构的地形绘制方法能较好地对海量地形数据及纹理数据进行实时绘制。

关键词：海量地形 clipmap 层次细节

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海量三维GIS数据可视化系统的实现研究

测绘通报 2008年第7期 39-40,60页

作者：祖为国邓非梁经勇广东省电力设计研究院科诺岩土工程有限公司广东广州510600 武汉大学测绘学院湖北武汉430079

建立在OpenGL,OSG图形APIs和各种开源图片支持库之上,基于DEM、影像和常用的GIS地图数据文件,提出一套基于数据网格化管理、动态调度、LOD地形动态简化为主要思想的解决方案,成功构建了海量三维GIS数据可视化系统。系统基于102 G原始数... 详细信息

建立在OpenGL,OSG图形APIs和各种开源图片支持库之上,基于DEM、影像和常用的GIS地图数据文件,提出一套基于数据网格化管理、动态调度、LOD地形动态简化为主要思想的解决方案,成功构建了海量三维GIS数据可视化系统。系统基于102 G原始数据实现了流畅显示,并基于DEM数据与影像数据的合成实现了红绿立体显示效果,同时基于不同基础数据实现了各种数据的操作、分析等功能。

关键词：三维GIS OpenGL OSG 海量地形

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多飞行器跨区域协同飞行仿真技术研究

多飞行器跨区域协同飞行仿真技术研究

作者：高鹏飞华中科技大学

学位级别：硕士

现代战争的一个重要特点就是先发制人,因此快速打击的演练与实施就成为了一个关键。然而,要进行整个快速打击的演练与实施,不仅成本高昂,而且工程庞大,因此,虚拟战场环境的仿真就有了用武之地。但是,如今的虚拟战场环境仿真,更多的... 详细信息

现代战争的一个重要特点就是先发制人,因此快速打击的演练与实施就成为了一个关键。然而,要进行整个快速打击的演练与实施,不仅成本高昂,而且工程庞大,因此,虚拟战场环境的仿真就有了用武之地。但是,如今的虚拟战场环境仿真,更多的还是基于某一特定的应用或是集中于某一局部的地域,如果想要实现跨区域联合作战或是远距离地精确打击,单一的场景就不再能满足要求。在这种情况下,需要大范围的场景作为载体,甚至需要全球的视野。本文在“多飞行器跨区域协同飞行仿真”课题的支撑下,主要对跨区域飞行中的地形仿真技术、海浪仿真技术以及多飞行器飞行中的协同方法进行了研究。对于跨区域飞行中的地形仿真技术,本文在对海量的地形数据进行预处理的基础上,提出了海量地形数据的组织管理方案和存储解决方案,实现了海量地形数据的有效管理,最终完成了跨区域中的陆域的建模。对于跨区域飞行中的海浪仿真技术,在研究海浪表面模型和海浪光照模型的基础上,提出一个面向全球大场景应用的海浪仿真解决方案。最后,对于多飞行器飞行中的协同方法,本文采用服务器/客户端的模式,在服务器和客户端之间通过网络通信来交换数据,在此基础上研究了多飞行器协同飞行仿真的通讯和同步方法。综合前面的研究工作,本文基于C/S架构实现了由一个服务器控制多个客户机在全球战场环境下进行多飞行器协同飞行仿真的演示系统。

关键词：虚拟战场海量地形地形仿真海浪仿真协同飞行