本文選題：電子沙盤 + 大地形�。� 參考：《北京郵電大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：電子沙盤作為重要的立體場景展示工具,被廣泛應(yīng)用于軍事預(yù)演、建筑展示、工程改造、農(nóng)業(yè)規(guī)劃、地產(chǎn)設(shè)計等多個領(lǐng)域。本文使用光柵立體顯示器和超多視點(diǎn)光場顯示設(shè)備作為電子沙盤的立體顯示設(shè)備,應(yīng)用光線跟蹤技術(shù)和柵格化圖形技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電子沙盤的立體可視化與顯示效果的科學(xué)可視化仿真。本文涉及的電子沙盤三維可視化關(guān)鍵技術(shù)包括大地形與矢量線單視點(diǎn)高速渲染技術(shù),超多視點(diǎn)立體可視化渲染技術(shù),基于光線跟蹤的電子沙盤顯示效果可視化仿真技術(shù)。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)大地形與矢量線單視點(diǎn)高速渲染技術(shù)研究要點(diǎn)1:大地形的實(shí)時展示是電子沙盤顯示主要內(nèi)容。本文分別提出基于GPU的高速柵格化渲染算法和基于光線跟蹤的大地形渲染算法。在第一種算法中,高程圖像被壓縮編碼后,在GPU中進(jìn)行解壓并根據(jù)視點(diǎn)位置進(jìn)行大地形的可視化。在1920×1080分辨率下,渲染幀率可達(dá)800fps的速率。這種方式比較適合八點(diǎn)以下立體顯示器的地形顯示。而在第二種算法中,本文使用光線跟蹤算法對大地形進(jìn)行高效的碰撞檢測,使用的加速結(jié)構(gòu)是MipMap。高清分辨率下,第二種算法平均渲染幀率達(dá)到50fps左右。研究要點(diǎn)2:在電子沙盤顯示中,矢量線是重要的地理信息符號,用于展示道路,河流等。矢量線在三維場景中的貼地實(shí)時顯示一直存在著斷線、走樣、懸空等問題。本文提出的RBSC算法成功地解決了這些問題。RBSC算法利用了柵格化算法中提供的深度信息與光線跟蹤算法相結(jié)合,極大地減少了光線碰撞檢測的計算量,在保證無失真的情況下,達(dá)到實(shí)時渲染的目的。(2)超多視點(diǎn)立體可視化渲染技術(shù)研究要點(diǎn)3:電子沙盤的視景體與普通的立體顯示器不同。普通的立體顯示器垂直于地面放置,人們站于它的前面進(jìn)行觀察,所以它的視景體只有水平方向上有錯切。而電子沙盤的視景體既在水平方向有錯切,又在垂直方向上有錯切。本文依此推導(dǎo)出了電子沙盤各視點(diǎn)視景體的模型視圖矩陣和錯切投影矩陣。這樣才能保證虛擬空間與現(xiàn)實(shí)滿足1: 1的比例關(guān)系。研究要點(diǎn)4:常用的三維引擎一般會使用場景圖對場景進(jìn)行組織管理,為了兼容原有的三維地理信息引擎,本文設(shè)計了一個通用場景圖并行計算程序框架,并使用OSG與OpenCL進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。從OSG引擎獲取2D+D圖像,在OSG-OpenCL框架中實(shí)現(xiàn)DIBR的并行計算。DIBR并行計算技術(shù)可以實(shí)時完成任意視點(diǎn)的渲染,不受視點(diǎn)數(shù)目的影響。但是由于2D+D提供的信息量有限,所以DIBR技術(shù)不能渲染大視角的立體圖像。研究要點(diǎn)5:超多視點(diǎn)集成成像電子沙盤的視點(diǎn)數(shù)目可達(dá)90X90個,原用的技術(shù)很難達(dá)到實(shí)時渲染的目的。DIBR技術(shù)又不能實(shí)現(xiàn)大視角立體渲染。本文通過光線跟蹤技術(shù)改變光線的起始位置和方向,配合SBVH光線碰撞加速技術(shù),達(dá)到了超多視點(diǎn)集成成像系統(tǒng)實(shí)時渲染的目的。(3)基于光線跟蹤的電子沙盤顯示效果可視化技術(shù)研究要點(diǎn)6:光線跟蹤技術(shù)不僅能實(shí)現(xiàn)電子沙盤內(nèi)容的生成,而且能夠應(yīng)用到電子沙盤立體顯示設(shè)備顯示效果的可視化仿真中。本文分別對狹縫光柵立體顯示器,柱鏡光柵立體顯示器,光場立體顯示器進(jìn)行光線跟蹤的可視化仿真。本文對光柵立體顯示器的光強(qiáng)分布進(jìn)行了分析,并對它們各視點(diǎn)的串?dāng)_進(jìn)行了研究。本文對光場電子沙盤立體顯示實(shí)現(xiàn)了實(shí)時的可視化仿真,研究人員對成像結(jié)果所見即所得。光場可視化仿真不僅能提供直觀地顯示效果,而且能夠和SSIM指標(biāo)結(jié)合,為光場立體顯示器的顯示質(zhì)量提供客觀評價指標(biāo)。
[Abstract]:This paper presents a high - speed raster rendering algorithm based on GPU and visualization of large terrain based on ray tracing . In the second algorithm , the main research content and innovative points of this paper are as follows : ( 1 ) High - speed raster rendering based on GPU and visualization of large terrain based on ray tracing . ( 2 ) The main points of 3D visualization rendering of ultra - multi - view stereovision are as follows : The view body of electronic sand tray is different from that of common stereoscopic display . The view body of electronic sand tray is perpendicular to the ground , people stand in front of it , so it is difficult to realize real - time rendering .
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：E11;TP391.41

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本文編號：2094011