發(fā)布時間：2017-04-02 06:04

  本文關鍵詞：基于LOD和運動預測的大規(guī)模地形實時渲染技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：大規(guī)模地形的可視化受益于計算機技術、圖形圖像技術的日益發(fā)展,在諸如地理信息系統(tǒng)、軍事模擬訓練系統(tǒng)、虛擬現實領域和大場景游戲等領域發(fā)揮著重要作用。大規(guī)模地形的實時渲染作為大型室外場景不可或缺的部分,近年來逐漸成為圖形圖像學的研究熱點。而在實時渲染時,要滿足畫面真實感的需求時,往往對地形繪制的實時性是一種挑戰(zhàn)。此外,內外存之間調度的大量地形數據對渲染的實時性造成了巨大的影響。細節(jié)層次模型(LOD)作為一種保證繪制實時性的經典算法,精簡了地形模型,減少了地形繪制所需的三角形個數,最終達到提高渲染速度的效果。同時,結合合理的磁盤調度,減少內外存之間調度差異帶來的延遲,進而保證大規(guī)模地形的實時繪制。LOD技術簡化所要繪制的事物的表面的細節(jié)層次,減少繪制量,很大程度上使得繪制場景簡單化,進而提高渲染速度。LOD技術結合人眼觀察事物的特點,使得近處的事物采用那個較高層次的細節(jié)模型,呈現更加清晰化,而較遠事物采用較低層次模型,從而合理的解決場景真實感和渲染速度之間的矛盾。該技術合理有效地解決了視覺畫面效果與大規(guī)模地形渲染速度之間的矛盾。本文對已有的LOD算法和一些相關調度方法進行了深入學習,從而結合數據結構和地形分塊分層技術,提出了基于屏幕誤差的LOD模型生成算法;同時,針對內外存之間的讀寫速度差異問題,采用一種將所需數據提前調入內存的策略,有效的保證大規(guī)模地形渲染的實時性。主要工作具體如下:1.針對大規(guī)模地形實時渲染問題,深入學習了已有的算法以及相關的一些研究成果,進一步了解了LOD模型在大規(guī)模地形實時繪制領域的具體應用,同時,對地形細節(jié)層次模型LOD、事物的可見性判定、采用LOD時的數據誤差、紋理映射的相關技術以及計算機磁盤合理調度等技術。2.在深入學習已有的基于四叉樹的LOD地形實時渲染算法的基礎上,提出了一種基于四叉樹包圍球和屏幕誤差的LOD算法。本文的算法將地形渲染的整個過程從預處理階段和實時繪制階段兩個部分進行探討,將對地形的分塊和構造包圍球的工作提前計算,不僅減少了地形數據的存儲量,而且很大程度上減少了實時繪制階段的計算量。實時繪制階段,依據基于投影和包圍球的視錐裁剪方法實時調入可見地形塊,結合四叉樹結構建立基于包圍球屏幕誤差的LOD模型,實現大規(guī)模地形的實時渲染。實驗表明該方法有效地提高了地形渲染速度,一定程度保證了地形渲染的流暢。3.結合改進的LOD算法,提出了一種基于埃爾米特運動預測的地形實時繪制方法。采用埃爾米特插值算法進行視點運動預測,提前加載下一視點位置及視線方向的地形數據,減少了實時繪制時的動態(tài)加載量;同時,該算法計算量較小,穩(wěn)定性較高,在取適當步長的情況下,能獲得期望的精度,不會出現Runge現象。實驗表明,該方法在渲染地形時,幀速率變化小,提高了地形渲染速度,避免了視覺上的跳躍感。
【關鍵詞】：地形渲染 四叉樹 LOD 埃爾米特
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 國內外研究現狀12-14
• 1.3 研究內容與組織結構14-16
• 第二章 實時地形繪制的相關技術16-30
• 2.1 數字地形模型16-19
• 2.1.1 數字地形模型的相關介紹16-17
• 2.1.2 數字高程模型分類17-19
• 2.2 層次細節(jié)模型（LOD）19-22
• 2.2.1 靜態(tài)層次細節(jié)模型19-20
• 2.2.2 動態(tài)層次細節(jié)模型20-22
• 2.3 可見性剔除概述22-24
• 2.3.1 背面裁剪算法（Back-fac Culling）22-23
• 2.3.2 遮擋裁剪算法（Occlusion Culling）23
• 2.3.3 視錐裁剪算法（View-frustum Culling）23-24
• 2.4 誤差度量24-27
• 2.4.1 物體空間誤差度量25-26
• 2.4.2 物體屏幕誤差度量26-27
• 2.5 紋理相關技術27-28
• 2.6 合理的磁盤調度28-29
• 2.7 本章小結29-30
• 第三章 基于四叉樹包圍球和屏幕誤差的LOD算法30-42
• 3.1 基于四叉樹數據結構的地形繪制簡述30-32
• 3.1.1 數據組織結構30-31
• 3.1.2 地形劃分31-32
• 3.1.3 基于四叉樹的地形繪制32
• 3.2 基于四叉樹包圍球和屏幕誤差的LOD算法32-37
• 3.2.1 地形分塊與編號32-33
• 3.2.2 基于四叉樹的包圍球構造方法33-34
• 3.2.3 基于投影和包圍球結構的視錐裁剪34-36
• 3.2.4 基于包圍球結構的屏幕誤差函數構造36-37
• 3.3 算法流程與實驗結果37-41
• 3.3.1 算法流程37-38
• 3.3.2 實驗結果及分析38-41
• 3.4 本章小結41-42
• 第四章 基于埃爾米特的視點運動預測的地形實時繪制42-53
• 4.1 視點運動預測42-46
• 4.1.1 拉格朗日運動預測42-43
• 4.1.2 埃爾米特算法43-45
• 4.1.3 步長的選取45-46
• 4.2 基于四叉樹孤立分割的裂縫處理46-49
• 4.2.1 瓦片間及瓦片內的裂縫47-48
• 4.2.2 裂縫消除48-49
• 4.3 實驗結果與分析49-51
• 4.3.1 預測準確性比較50
• 4.3.2 幀速率方差比較50-51
• 4.4 本章小結51-53
• 第五章 論文總結與展望53-56
• 5.1 論文總結53-54
• 5.2 展望54-56
• 參考文獻56-60
• 致謝60-61
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄61

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