【摘要】：如何高效地組織和管理全球海量多分辨率地形數(shù)據(jù),并利用有限的計(jì)算機(jī)硬件處理能力實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)時(shí)渲染效果一直是全球地形可視化技術(shù)研究的核心問題。本文從地球離散網(wǎng)格模型入手,結(jié)合現(xiàn)代圖形硬件的新特性和現(xiàn)有系統(tǒng)存在的缺陷,系統(tǒng)地研究了基于GPU的全球多分辨率地形數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)呈現(xiàn)技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容與研究成果包括:1)全球海量多分辨率地形數(shù)據(jù)的組織與管理方法研究。首先,通過總結(jié)現(xiàn)有全球網(wǎng)格系統(tǒng)的特點(diǎn)和缺陷,結(jié)合圖形硬件的新特性和高效實(shí)時(shí)渲染技術(shù)對(duì)地球離散網(wǎng)格模型的要求,選擇了HEALPix地球離散網(wǎng)格模型作為本文研究的基礎(chǔ)。然后,根據(jù)應(yīng)用的需要對(duì)原模型的存儲(chǔ)和索引方式進(jìn)行了改進(jìn),將模型可存儲(chǔ)的最高分辨率數(shù)據(jù)由原來的0.012米提高至7.07×10-13米,可采用圖形硬件支持的壓縮算法,將所需存儲(chǔ)空間至少降至原來的1/3。最后,依據(jù)改進(jìn)后的模型設(shè)計(jì)了全球海量多分辨率地形數(shù)據(jù)的組織和管理方案。2)基于GPU的全球地形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)繪制算法研究。結(jié)合改進(jìn)的HEALPix模型和現(xiàn)有地形實(shí)時(shí)繪制算法,本文設(shè)計(jì)了一套基于改進(jìn)HEALPix模型的全球多分辨率地形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)繪制方案。該方案將地形高程數(shù)據(jù)作為紋理數(shù)據(jù)存入到顯存中,實(shí)時(shí)繪制時(shí)由GPU硬件算法生成地形網(wǎng)格,然后由運(yùn)行在GPU中的著色器程序完成三維地形的渲染過程。在該方案中,繪制過程幾乎完全在GPU中完成,充分地利用了GPU的硬件網(wǎng)格細(xì)分功能和GPU高度并行化特性,從而顯著提高了場(chǎng)景渲染速度,降低了對(duì)內(nèi)存和CPU資源的消耗。對(duì)比現(xiàn)有方案,該方案解決了南北極極點(diǎn)附近的畸變問題,提高了實(shí)時(shí)渲染的速度和效果,并簡(jiǎn)化了渲染引擎自身的復(fù)雜度。3)原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。為了驗(yàn)證本文提出的方案,本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了全球地形數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和全球地形實(shí)時(shí)繪制系統(tǒng),使用前者建立了全球地形高程數(shù)據(jù)庫(kù)和全球地形影像數(shù)據(jù)庫(kù),使用后者對(duì)建立的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)繪制和模型測(cè)試,得到了較為理想的結(jié)果。
[Abstract]:How to efficiently organize and manage global massive multi-resolution terrain data and make use of limited computer hardware processing ability to achieve better real-time rendering effect has been the core problem of global terrain visualization technology. Based on the discrete grid model of the earth and the new characteristics of the modern graphics hardware and the shortcomings of the existing systems, this paper systematically studies the real-time rendering technology of global multi-resolution terrain data based on GPU. The main research contents and results are as follows: 1) the organization and management of global massive multi-resolution terrain data. Firstly, by summing up the characteristics and defects of the existing global grid system, combining the new characteristics of graphics hardware and the requirements of efficient real-time rendering technology for the discrete grid model of the earth, we select the HEALPix Earth discrete grid model as the foundation of this paper. Then, the storage and index method of the original model is improved according to the need of application. The maximum resolution data stored in the model can be increased from 0.012 meters to 7.07 脳 10 ~ (-13) meters. The compression algorithm supported by graphics hardware can be used. Reduce the required storage space to at least a third of the original. Finally, according to the improved model, the organization and management scheme of global massive multi-resolution terrain data is designed. 2) the real-time rendering algorithm of global terrain data based on GPU is studied. Combined with the improved HEALPix model and the existing real-time terrain rendering algorithm, this paper designs a real-time rendering scheme of global multi-resolution terrain data based on the improved HEALPix model. In this scheme, topographic elevation data is stored as texture data in the display memory, and the terrain grid is generated by the GPU hardware algorithm in real-time rendering, and then the rendering process of the 3D terrain is completed by the shader program running in GPU. In this scheme, the rendering process is almost complete in GPU, which makes full use of the hardware grid subdivision of GPU and the high parallelization of GPU, thus greatly improving the rendering speed of scene and reducing the consumption of memory and CPU resources. Compared with the existing schemes, the scheme solves the distortion problem near the poles of the Arctic and South Pole, improves the speed and effect of real-time rendering, and simplifies the complexity of the rendering engine itself. 3) the design and implementation of the prototype system. In order to verify the proposed scheme, this paper designs and implements the global terrain data management system and the global terrain real-time rendering system. Using the former, the global terrain elevation database and the global terrain image database are established. The latter is used for real-time rendering and model testing of the established database, and satisfactory results are obtained.
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P209;TP391.41

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 金凡;張澤銀;;曲線的一類非線性多分辨率算法及其收斂性[J];高校應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)報(bào)A輯;2008年01期

2 陳華;夏青;蔣秉川;岳利群;;一種面向?qū)ο蟮娜蚨喾直媛始y理數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法的研究[J];測(cè)繪科學(xué);2008年S3期

3 陳華;夏青;蔣秉川;岳利群;;一種面向?qū)ο蟮娜蚨喾直媛始y理數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法的研究[J];測(cè)繪科學(xué);2008年S1期

4 社守軍,趙國(guó)景;多分辨率樣條平面單元[J];工程力學(xué);1999年05期

5 張旺;張志春;周同林;王宇;劉志星;;大規(guī)模多分辨率地形建模方法研究[J];科技信息;2014年15期

6 洪炳熔,紀(jì)慶革;基于細(xì)分網(wǎng)格的多分辨率幾何數(shù)據(jù)壓縮方法研究[J];高技術(shù)通訊;2001年08期

7 李哲,蘇秀琴,楊小君,張廣華;一種基于強(qiáng)邊緣塊的時(shí)域多分辨率圖像分割算法[J];光子學(xué)報(bào);2005年09期

8 陳功;朱錫芳;許清泉;徐安成;楊輝;;多分辨率小波在非連續(xù)涂層測(cè)厚的應(yīng)用[J];控制工程;2013年01期

9 李愛荻;多分辨率曲面[J];大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào);2002年03期

10 馬東洋,譚兵,徐青;一種視相關(guān)多分辨率模型及其在地形繪制中的應(yīng)用[J];測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào);2002年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王江云;林琚;;綜合自然環(huán)境中的多分辨率模型[A];'2008系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

2 朱松巖;;聯(lián)合多分辨率模型聯(lián)邦分析[A];全國(guó)第19屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用（CACIS）學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];2008年

3 金士堯;賓雪蓮;楊玉海;;基于多分辨率模型任務(wù)的實(shí)時(shí)容錯(cuò)調(diào)度方法[A];第十屆全國(guó)容錯(cuò)計(jì)算學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

4 張亞萍;熊華;姜曉紅;石教英;;大型網(wǎng)絡(luò)模型多分辨率的外存構(gòu)建與交互繪制[A];中國(guó)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)進(jìn)展2008--第七屆中國(guó)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)大會(huì)論文集[C];2008年

5 涂宇;劉玉葆;方仲康;曾苗;劉俊裕;;基于重要點(diǎn)的多分辨率檢索法的時(shí)間序列表示[A];第26屆中國(guó)數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（B輯）[C];2009年

6 趙友兵;潘志庚;石教英;;基于小波的多分辨率貼面算法及實(shí)現(xiàn)[A];中國(guó)圖象圖形科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展——第九屆全國(guó)圖象圖形科技大會(huì)論文集[C];1998年

7 張磊;唐杰;武港山;;海量地震數(shù)據(jù)的多分辨率擴(kuò)展八叉樹模型[A];2008年中國(guó)高校通信類院系學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2009年

8 張濤;王成儒;;基于多分辨率差分矩陣的紋理檢索[A];第七屆青年學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

9 周林成;楊慧中;;多分辨率小波支持向量機(jī)在化工數(shù)據(jù)建模中的應(yīng)用[A];2007中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2007年

10 陳華;岳利群;夏青;蔣秉川;;全球多分辨率紋理數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與預(yù)處理技術(shù)研究[A];第十四屆全國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 方同祝;網(wǎng)格模型多分辨率表示的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

2 李登高;基于小波的多分辨率數(shù)字幾何造型技術(shù)的研究[D];清華大學(xué);2006年

3 衛(wèi)敏;辛?xí)r域多分辨率算法理論與應(yīng)用研究[D];安徽大學(xué);2013年

4 郭丹;基于主體建模方法的多分辨率城市人口緊急疏散仿真研究[D];華中科技大學(xué);2010年

5 馮毅萍;石化生產(chǎn)過程多分辨率物流模型的建模方法[D];浙江大學(xué);2008年

6 吳維勇;自由曲線曲面多分辨率造型技術(shù)研究與應(yīng)用[D];西安交通大學(xué);2003年

7 李小根;流域可視化多分辨率大場(chǎng)景模型研究[D];鄭州大學(xué);2010年

8 區(qū)士頎;任意拓?fù)淝娴亩喾直媛式Ｋ惴ㄑ芯縖D];華中科技大學(xué);2005年

9 周石琳;大規(guī)模三維地形的多分辨率表示與繪制技術(shù)研究[D];中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2002年

10 張久文;方向性多分辨率圖像分析研究：理論和應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 郭思奇;基于目標(biāo)特征的多分辨率體繪制算法研究[D];電子科技大學(xué);2014年

2 曹琛;大規(guī)模地震數(shù)據(jù)多分辨率體繪制方法研究[D];電子科技大學(xué);2015年

3 陳強(qiáng);基于GPU的全球多分辨率地形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

4 夏寧寧;實(shí)時(shí)多分辨率仿真中的事務(wù)調(diào)度研究[D];華中科技大學(xué);2012年

5 張亮;基于面元的幾何模型表示與多分辨率繪制[D];西安電子科技大學(xué);2008年

6 葉翔;多分辨率地形數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2013年

7 劉東平;多分辨率分析在UWB SAR的目標(biāo)檢測(cè)中的應(yīng)用[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

8 黃為;大規(guī)模影像多分辨率模型構(gòu)建的并行處理技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

9 陳立君;基于多分辨率分形維的木材表面紋理分類的研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2007年

10 謝玉波;圖像多分辨率特征研究[D];華中科技大學(xué);2007年

，

本文編號(hào)：2340899