基于菱形块四叉树的全球六边形网格实时绘制方法

发布时间：2019-11-07 02:48

【摘要】：为解决全球六边形网格编码复杂、不易分层的问题,提出一种基于菱形块四叉树的全球多分辨率六边形离散网格实时绘制方法.首先以正20面体作为剖分基础,将全球划分为10个基础菱形块,并使之作为四叉树根节点;然后引入一种简化的六边形编码算法,借助孔径为4的六边形剖分方式实现层次间六边形与菱形块的快速索引,建立菱形六边形块的四叉树模型;最后针对菱形块三角化过程产生的裂缝问题,设计4类三角形条带,在调度过程对裂缝进行实时缝补.实验结果表明,该方法可在网格拓扑结构基本不变的情况下,实现视点相关的全球离散网格多分辨率可视化,与相同精度的单分辨率网格相比,在加快渲染效率的同时能有效地降低内存占用率.
【图文】：

运用六边形网格,需以正多面体为基础进行剖分得到首层基础六边形网格,通过网格单元编码,各层间网格单元的所属关系得以快速建立;为便于网格的多分辨率实现,将各网格按菱形块进行划分,在此过程中通过对各菱形块进行唯一性编码实现块间的快速邻近查找.为了避免不同层次六边形网格间交界处的混乱及不确定问题,对原网格进行三角形剖分,对于由此引发的块间裂缝问题,通过菱形块编码快速查找邻近菱形块类型并对裂缝进行修复.最后,根据六边形单元编码将六边形中心点(即三角形顶点)与空间数据进行绑定,实现可视化.具体流程如图1所示.图1六边形网格可视化总体流程图2层次化六边形网格构建2.1六边形网格生成与编码本文采用孔径为4的ISEA4H-2网格[18]作为研究对象,所谓孔径就是指平面第k层网格单元与第k+1层网格单元的面积比[19],孔径为4就意味着一个低层次的网格单元面积等于4个相邻高层次网格单元的面积之和,这个特性与传统四叉树模型接近,因此为四叉树算法应用于六边形离散网格奠定基础.离散网格系统大多是由正多面体剖分得到,如正四面体、正六面体等.本文六边形离散网格选用如图1所示的正20面体剖分而来,它由20个正三角形组成,其展开后效果如图2上部所示.但是三角形具有方向不确定及对称性差等缺陷,因此为了提高其层次化后的实用性和计算效率,将相邻三角形两两合并,即将图2上部所示相邻的深色三角形和浅色三角形进行合并,就得到图2下部所示的10个菱形块(其编号从01~10),并称之为基础菱形块.本文中四叉树算法将以此作为根节点进行层次剖分.图2正20面体平面展开图六边形剖分过程首先在二维展开面上执行,每个菱形块可分为4个正六边形.以编号为AB的菱形块进行说明,其剖分方式如图3所示.将菱形块所在空间看做具有UV坐标?

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本文编号：2557070