矢量实线及单色多边形与三维地形的并行贴合渲染

发布时间：2017-05-24 07:09

  本文关键词：矢量实线及单色多边形与三维地形的并行贴合渲染，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三维GIS发展的早期主要追求高真实感的渲染效果。场景中的地形起伏可通过数字高程模型(DEM)直观表达,地表细节则使用高分辨率的数字正射影像(DOM)作为纹理贴图以得到近似真实的展现；但在场景识读方面,由于影像提供的信息纷繁复杂,难以给观察者以抽象直观的信息传递,容易造成视觉错感而使观察者在场景中迷失。 二维矢量要素对空间现象或规律可以实现很好的抽象和概括表达,是基于主观需求对客观世界的选择性增强。在三维高真实感地表渲染基础上叠加贴合渲染二维矢量要素,可强化场景中空间现象或规律的抽象及概括表达能力,实现“真实”与“抽象”的统一。此方面的理论和技术方法研究,不仅可增强三维地表的表达能力,也将对人机交互方式造成影响,并增强三维GIS空间分析能力及其结果的展示手段。 基于上述背景,本文在国家自然科学基金面上项目——“典型二维矢量地图要素在三维地形表面的贴合渲染算法研究”(41371365)支持下,研究了矢量实线及单色多边形在三维地形表面的并行贴合渲染方法。方法以屏幕像素的空间坐标反算为基础,针对矢量实线和单色多边形分别设计渲染算法,并基于异构计算模式实现渲染算法的并行化。论文主要研究内容和研究结论如下： (1)针对渲染需要为矢量数据建立合适的空间索引。在矢量数据处理与组织的过程中,选择以四叉树数据结构为基础,为其建立空间索引；为了进一步提高空间搜索效率,针对空间跨度大的矢量实线采取破碎化处理。空间索引的建立有效降低了渲染过程中矢量要素搜索所耗费的时间,提高了算法的运行效率。 (2)研究基于屏幕空间的矢量实线渲染方法。精确计算屏幕各像素在矢量平面的覆盖范围,构建其与矢量实线快速着色判断算法。进一步地,通过对生成图像中地形轮廓线的检测,剔除因误判而着色的像素,从而获得准确的渲染结果。最后,利用形态学运算以及图像的深度缓存,完成对实线要素的线宽设置和颜色渐变处理。 (3)研究基于屏幕空间的矢量单色多边形渲染方法。将单色多边形要素分为无边界多边形和有边界多边形分别进行研究。针对无边界的单色多边形,采用判断像素中心坐标是否落于多边形内部的方式进行着色；针对有边界的多边形要素,内部填充方法与无边界要素一致,而边界渲染则以矢量实线要素渲染为基础,通过先内部填充,后边界渲染方式,确保边界与内部填充的贴合。 (4)基于异构计算模式实现渲染方法的并行化。合理划分渲染方法中的串行处理部分和并行处理部分,利用CPU处理复杂逻辑问题的优势,以及GPU通用并行计算的能力,基于CPU+GPU异构计算模式实现渲染过程的并行化加速。 经过实验测试,本文提出的并行贴合渲染方法渲染效果良好,并行渲染加速效果显著,可满足实时渲染要求。
【关键词】：三维GIS 矢量要素 地形渲染 屏幕空间 异构计算
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP391.41;P208
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 选题依据与背景12
• 1.2 国内外研究进展12-15
• 1.2.1 三维地形表面上二维矢量要素的贴合渲染12-15
• 1.2.2 基于图形处理器的通用计算15
• 1.3 研究内容与技术路线15-17
• 1.4 论文组织17-19
• 第二章 数据处理与组织19-26
• 2.1 实验数据介绍19
• 2.2 地形数据组织19-20
• 2.3 矢量地图要素20-26
• 2.3.1 空间索引的建立20-23
• 2.3.2 基础数据结构23-26
• 第三章 基于屏幕空间的渲染方法26-52
• 3.1 屏幕空间与矢量平面的关系建立26-32
• 3.1.1 三维观察及坐标变换26-30
• 3.1.2 屏幕坐标的获取30-31
• 3.1.3 像素的空间坐标计算31-32
• 3.2 矢量实线的渲染32-47
• 3.2.1 屏幕像素的基本着色规则32-39
• 3.2.2 地形轮廓线的特殊处理39-45
• 3.2.3 线宽的处理45-46
• 3.2.4 颜色渐变的处理46-47
• 3.3 矢量单色多边形的渲染47-52
• 3.3.1 无边界多边形渲染方法48-49
• 3.3.2 有边界多边形渲染方法49-52
• 第四章 基于异构模式的并行渲染52-63
• 4.1 基于CUDA的异构计算模型设计52-54
• 4.2 渲染算法的并行加速54-61
• 4.2.1 算法设计及实现54-55
• 4.2.2 实验效果及性能测试55-61
• 4.3 实验结果分析与讨论61-63
• 4.3.1 结果分析61-62
• 4.3.2 算法对比与讨论62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 创新点64
• 5.3 展望64-65
• 参考文献65-70
• 硕士期间的科研成果70-71
• 致谢71-73

【参考文献】

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  本文关键词：矢量实线及单色多边形与三维地形的并行贴合渲染，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：390064