基于视点运动和预测的多分辨率地形建模方法研究

发布时间：2020-06-05 09:13

【摘要】：随着遥感、地理信息等技术的发展,能更加方便快捷地获得高精度地形数据,对数字高程模型的应用也越来越广泛。细节层次模型(Level of Detail,简称LOD)可以减少场景绘制数据量,显著提高复杂场景的绘制速度,最大程度地改善画面的质量和绘制效率,实现场景的动态实时显示,从而具备高效简化场景的能力,被广泛的应用于地形建模。为了提高大规模地形绘制效率,基于计算机图形学、地理信息技术、可视化技术和虚拟现实等技术,详细研究了细节层次模型及其相关技术。本文主要研究内容与成果如下:(1)提出了基于视点运动的节点评价函数,改进了四叉树LOD模型生成算法,即基于多分辨率约束四叉树视点运动误差的改进方法(Improved method for motion error of quadtree based on multi-resolution constraint,简称I-MQBMR)。该评价函数综合了地形粗糙度、视点距离与运动矢量三方面因素,用于指导地形节点分割。实验表明,I-MQBMR算法可以实现良好的地形自适应分割,增加视点运动速度时能降低地形绘制复杂度,从而提高了地形绘制效率,也提高了图像帧速。(2)提出了视点预测算法,即基于动态步长的埃尔米特插值视点预测算法(Viewpoint Prediction of Hermite Interpolation Algorithm Based on Dynamic Step Size,简称H-VPDSS)。通过改进埃尔米特插值预测算法,利用步长的动态变化机制与地形数据调度策略,实现预测视点和预测得到的视点内数据预取。实验表明,使用了H-VPDSS算法的地形绘制拥有更稳定的帧速。(3)设计了不同视点运动速度下坡度、坡向和剖面的变化实验,随着视点速度的改变,地形模型绘制三角性数量不同,地形模型复杂度同时发生改变,坡度、坡向和剖面随之同步发生改变,实验表明I-MQBMR和H-VPDSS算法是有效的,且保持较好的地形真实度。
【图文】：

可见性,元素,景物

2 技术基础种不同的算法解决不同应用场景，如 BSP 算法、A 缓冲器算法、向面判别等。性加速方法包括视锥体裁剪(View Frustum Culling）、背面剔ulling)和遮挡剔除(Occlusion Culling)，三类可见性剔除如图 2.1 所方法：当一个绘制元素或景物的法线方向背离视点观察方向，剔除不进行绘制；视域剔除方法：如果一个绘制元素或景物位于视域制元素，不进行绘制；遮挡剔除方法：如果一个绘制元素或景物被制元素所遮挡，同样不进行绘制该元素或景物。

视锥,剔除方法

的负荷；在屏幕误差较小的区域或者空间内投影范围较小尽量简化，制和显示；在降低数据绘制量的前提下，必须要保持低的轮廓以达到知效果。2.2.2 背面裁剪背面剔除方法剔除背离视点及无法观察到的景物，是一种简单通常是通过计算多边形表面法向量和视线方向的夹角来判断是否剔实现背面剔除算法，算法实现相对简单，通过判定视平面与多边形法方向的角度是否大于 90 度，实现多边形的消除。背面剔除方法不需要通过调用相应 API 即可实现多边形的剔除。背面剔除可以减少视域的多边形。2.2.3 视锥裁剪Salter 和 Chrysanthou 将视锥判断的结果分为 OIB 三类（完全不可见、相交），将观察者视角外的物体忽略掉，针对不同类别使用不高渲染度，实现快速渲染[24]。视锥体剔除方法是较为常见的剔除方法，主要方式是将视锥体
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP751;P208

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