本文關(guān)鍵詞：矢量實(shí)線及單色多邊形與三維地形的并行貼合渲染，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：三維GIS發(fā)展的早期主要追求高真實(shí)感的渲染效果。場景中的地形起伏可通過數(shù)字高程模型(DEM)直觀表達(dá),地表細(xì)節(jié)則使用高分辨率的數(shù)字正射影像(DOM)作為紋理貼圖以得到近似真實(shí)的展現(xiàn)；但在場景識(shí)讀方面,由于影像提供的信息紛繁復(fù)雜,難以給觀察者以抽象直觀的信息傳遞,容易造成視覺錯(cuò)感而使觀察者在場景中迷失。 二維矢量要素對(duì)空間現(xiàn)象或規(guī)律可以實(shí)現(xiàn)很好的抽象和概括表達(dá),是基于主觀需求對(duì)客觀世界的選擇性增強(qiáng)。在三維高真實(shí)感地表渲染基礎(chǔ)上疊加貼合渲染二維矢量要素,可強(qiáng)化場景中空間現(xiàn)象或規(guī)律的抽象及概括表達(dá)能力,實(shí)現(xiàn)“真實(shí)”與“抽象”的統(tǒng)一。此方面的理論和技術(shù)方法研究,不僅可增強(qiáng)三維地表的表達(dá)能力,也將對(duì)人機(jī)交互方式造成影響,并增強(qiáng)三維GIS空間分析能力及其結(jié)果的展示手段。 基于上述背景,本文在國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目——“典型二維矢量地圖要素在三維地形表面的貼合渲染算法研究”(41371365)支持下,研究了矢量實(shí)線及單色多邊形在三維地形表面的并行貼合渲染方法。方法以屏幕像素的空間坐標(biāo)反算為基礎(chǔ),針對(duì)矢量實(shí)線和單色多邊形分別設(shè)計(jì)渲染算法,并基于異構(gòu)計(jì)算模式實(shí)現(xiàn)渲染算法的并行化。論文主要研究內(nèi)容和研究結(jié)論如下： (1)針對(duì)渲染需要為矢量數(shù)據(jù)建立合適的空間索引。在矢量數(shù)據(jù)處理與組織的過程中,選擇以四叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),為其建立空間索引；為了進(jìn)一步提高空間搜索效率,針對(duì)空間跨度大的矢量實(shí)線采取破碎化處理。空間索引的建立有效降低了渲染過程中矢量要素搜索所耗費(fèi)的時(shí)間,提高了算法的運(yùn)行效率。 (2)研究基于屏幕空間的矢量實(shí)線渲染方法。精確計(jì)算屏幕各像素在矢量平面的覆蓋范圍,構(gòu)建其與矢量實(shí)線快速著色判斷算法。進(jìn)一步地,通過對(duì)生成圖像中地形輪廓線的檢測,剔除因誤判而著色的像素,從而獲得準(zhǔn)確的渲染結(jié)果。最后,利用形態(tài)學(xué)運(yùn)算以及圖像的深度緩存,完成對(duì)實(shí)線要素的線寬設(shè)置和顏色漸變處理。 (3)研究基于屏幕空間的矢量單色多邊形渲染方法。將單色多邊形要素分為無邊界多邊形和有邊界多邊形分別進(jìn)行研究。針對(duì)無邊界的單色多邊形,采用判斷像素中心坐標(biāo)是否落于多邊形內(nèi)部的方式進(jìn)行著色；針對(duì)有邊界的多邊形要素,內(nèi)部填充方法與無邊界要素一致,而邊界渲染則以矢量實(shí)線要素渲染為基礎(chǔ),通過先內(nèi)部填充,后邊界渲染方式,確保邊界與內(nèi)部填充的貼合。 (4)基于異構(gòu)計(jì)算模式實(shí)現(xiàn)渲染方法的并行化。合理劃分渲染方法中的串行處理部分和并行處理部分,利用CPU處理復(fù)雜邏輯問題的優(yōu)勢,以及GPU通用并行計(jì)算的能力,基于CPU+GPU異構(gòu)計(jì)算模式實(shí)現(xiàn)渲染過程的并行化加速。 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試,本文提出的并行貼合渲染方法渲染效果良好,并行渲染加速效果顯著,可滿足實(shí)時(shí)渲染要求。
【關(guān)鍵詞】：三維GIS 矢量要素 地形渲染 屏幕空間 異構(gòu)計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP391.41;P208
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 選題依據(jù)與背景12
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展12-15
• 1.2.1 三維地形表面上二維矢量要素的貼合渲染12-15
• 1.2.2 基于圖形處理器的通用計(jì)算15
• 1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)路線15-17
• 1.4 論文組織17-19
• 第二章 數(shù)據(jù)處理與組織19-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹19
• 2.2 地形數(shù)據(jù)組織19-20
• 2.3 矢量地圖要素20-26
• 2.3.1 空間索引的建立20-23
• 2.3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)23-26
• 第三章 基于屏幕空間的渲染方法26-52
• 3.1 屏幕空間與矢量平面的關(guān)系建立26-32
• 3.1.1 三維觀察及坐標(biāo)變換26-30
• 3.1.2 屏幕坐標(biāo)的獲取30-31
• 3.1.3 像素的空間坐標(biāo)計(jì)算31-32
• 3.2 矢量實(shí)線的渲染32-47
• 3.2.1 屏幕像素的基本著色規(guī)則32-39
• 3.2.2 地形輪廓線的特殊處理39-45
• 3.2.3 線寬的處理45-46
• 3.2.4 顏色漸變的處理46-47
• 3.3 矢量單色多邊形的渲染47-52
• 3.3.1 無邊界多邊形渲染方法48-49
• 3.3.2 有邊界多邊形渲染方法49-52
• 第四章 基于異構(gòu)模式的并行渲染52-63
• 4.1 基于CUDA的異構(gòu)計(jì)算模型設(shè)計(jì)52-54
• 4.2 渲染算法的并行加速54-61
• 4.2.1 算法設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)54-55
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)效果及性能測試55-61
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論61-63
• 4.3.1 結(jié)果分析61-62
• 4.3.2 算法對(duì)比與討論62-63
• 第五章 結(jié)論與展望63-65
• 5.1 結(jié)論63-64
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)64
• 5.3 展望64-65
• 參考文獻(xiàn)65-70
• 碩士期間的科研成果70-71
• 致謝71-73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 張麗芬,王曉華,胡景松,宋維佳,龍斌;基于網(wǎng)格劃分的幾種空間索引[J];北京理工大學(xué)學(xué)報(bào);2004年02期

2 王家耀;;地圖制圖學(xué)與地理信息工程學(xué)科發(fā)展趨勢[J];測繪學(xué)報(bào);2010年02期

3 吳恩華;圖形處理器用于通用計(jì)算的技術(shù)、現(xiàn)狀及其挑戰(zhàn)[J];軟件學(xué)報(bào);2004年10期

4 蘇步青,劉鼎元;計(jì)算幾何[J];數(shù)學(xué)進(jìn)展;1981年01期

5 郭菁,郭薇,胡志勇;大型GIS空間數(shù)據(jù)庫的有效索引結(jié)構(gòu)QR-樹[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2003年03期

6 許妙忠,李德仁;基于點(diǎn)刪除的地形TIN連續(xù)LOD模型的建立和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2003年03期

7 佘江峰;陳景廣;程亮;徐為雄;;三維地形場景并行渲染技術(shù)進(jìn)展[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2012年04期

  本文關(guān)鍵詞：矢量實(shí)線及單色多邊形與三維地形的并行貼合渲染，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號(hào)：390064