虚拟战场中复杂场景建模与绘制若干关键技术研究

发布时间：2022-02-22 22:38

　　虚拟战场以其在军事训练演习中特有的科学性、经济性、直观性等诸多优点,已成为各军事大国进行战略、战术演练的有效途径。逼真是虚拟战场追求的主要目标,然而随着现代战争规模的不断扩大、综合性的不断增强,战场环境日益复杂,从而给虚拟战场场景规模、仿真精度以及交互性能提出了更高的要求。为满足虚拟战场环境的应用需求,本文以虚拟自然环境构建和人工电磁环境表现为出发点,对虚拟战场中大规模地形实时绘制、草地场景建模与动态模拟、三维云景建模与绘制以及雷达复杂电磁环境三维表现等几个关键技术进行了深入研究。本文取得的创新研究成果包括:（1）针对虚拟战场中海量地形数据可视化存在的外存开销大、实时绘制困难等问题,提出了一种大规模外存地形实时绘制方法。在预处理阶段,对原始地形数据进行分块处理,并为各分块建立多分辨率层次结构。为降低外存空间消耗,提出了一种块内无冗余数据存储方法。通过引入视锥体裁剪、与视线相关的屏幕误差计算方法提高绘制速度。为满足地形漫游的连续性,提出了一种基于视域扩展的数据预取及调度策略,实现了外存数据的实时调度。实验结果表明,本方法可获得较高的绘制帧速和较好的绘制效果,为面向大数据集的地形实时绘制提... 

【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：175 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
        1.1.1 虚拟战场概述
        1.1.2 虚拟空间中战场环境表现
    1.2 课题研究的目的和意义
    1.3 国内外发展现状
    1.4 本文的研究内容与主要成果
    1.5 本文的组织
第二章 相关技术研究综述
    2.1 大规模地形可视化相关研究
        2.1.1 大规模地形数据组织技术
        2.1.2 地形数据调度技术
        2.1.3 模型简化算法
        2.1.4 模型简化的误差评价
        2.1.5 空间连续性
        2.1.6 技术总结与分析
    2.2 草地场景真实感模拟相关研究
        2.2.1 草地场景绘制技术
        2.2.2 草地场景动态模拟技术
        2.2.3 技术总结与分析
    2.3 云场景的建模与绘制相关研究
        2.3.1 云的建模技术
        2.3.2 云的动态模拟技术
        2.3.3 云的光照效果模拟技术
        2.3.4 技术总结与分析
    2.4 雷达电磁环境三维可视化相关研究
        2.4.1 基于雷达方程的方法
        2.4.2 基于抛物线方程的方法
        2.4.3 基于高级传播模型的方法
        2.4.4 技术总结与分析
    2.5 本章小结
第三章 大规模地形实时绘制
    3.1 方法概述
    3.2 基于外存的大规模地形数据组织
        3.2.1 分块物理模型
        3.2.2 多分辨率层次构造
        3.2.3 静态误差计算
    3.3 基于分块的多分辨率地形实时绘制
        3.3.1 视锥体裁剪
        3.3.2 误差评价
        3.3.3 连续LOD 模型动态构建
        3.3.4 裂缝处理
    3.4 基于外存的数据调度
        3.4.1 基于视域扩展的数据预取及调度策略
        3.4.2 基于多线程的调度策略实现
    3.5 实验结果与分析
    3.6 本章小结
第四章 草地场景的建模与动态模拟
    4.1 草地场景多层次表达
        4.1.1 近视点范围草体表达
        4.1.2 中距离范围草体表达
        4.1.3 远距离范围草体表达
        4.1.4 LOD 过渡策略
        4.1.5 实验结果与分析
    4.2 可变风场作用下草体摆动效果模拟
        4.2.1 风场的建立
        4.2.2 草体随风摆动形变计算
        4.2.3 实验结果与分析
    4.3 草体碾压效果模拟
        4.3.1 框架描述
        4.3.2 基于GPU 的实时碰撞检测
        4.3.3 碾压物作用下草体形变计算
        4.3.4 实验结果与分析
    4.4 本章小结
第五章 三维云景的建模与绘制
    5.1 方法概述
    5.2 基于耦合映像格子的云建模
    5.3 基于球谐函数的云光照模拟
        5.3.1 基本思路
        5.3.2 基于球谐函数的光传输模型变换
        5.3.3 基于GPU 的光照模拟实现
    5.4 基于频域空间的云绘制
        5.4.1 频域体绘制算法
        5.4.2 与球谐函数相结合的频域绘制
    5.5 实验结果与分析
    5.6 本章小结
第六章 雷达复杂电磁环境的建模与绘制
    6.1 雷达理论
    6.2 基于混合采样的雷达三维建模
        6.2.1 边界离散化
        6.2.2 离散边界绘制
        6.2.3 LOD 策略
        6.2.4 实验结果与分析
    6.3 地形遮挡影响下雷达探测范围三维可视化
        6.3.1 地形遮挡下雷达探测范围模型修正原理
        6.3.2 算法描述
        6.3.3 实验结果与分析
    6.4 电磁干扰下雷达探测范围三维可视化
        6.4.1 雷达干扰模型
        6.4.2 干扰可视化实现
        6.4.3 实验结果与分析
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 全文工作总结
    7.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻博期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]大规模三维云实时模拟方法[J]. 任威,梁晓辉,马上,沈旭昆.  计算机辅助设计与图形学学报. 2010(04)
[2]GPU上的实时三维云仿真[J]. 李纲,李辉.  系统仿真学报. 2009(23)
[3]复杂场景中海量外存地形模型的实时绘制算法[J]. 郎兵,方金云,韩承德.  系统仿真学报. 2009(20)
[4]三维动态云快速模拟的新方法[J]. 刘世光,柴佳伟,闻媛.  计算机研究与发展. 2009(09)
[5]基于BTF的草地实时绘制与ROAM实现[J]. 郝海蓉,申永军,张晓炜,张恒国.  微计算机信息. 2009(24)
[6]飞行仿真中三维云场景的渲染[J]. 黄炳,陈俊丽,万旺根.  上海大学学报(自然科学版). 2009(04)
[7]基于运动估算的多分辨率地形分块调度方法[J]. 张淑军,周忠,郭威,吴威.  计算机辅助设计与图形学学报. 2009(07)
[8]复杂环境影响下三维雷达作用范围表现[J]. 吴玲达,陈鹏,杨超.  系统工程与电子技术. 2008(08)
[9]基于元胞自动机的云层实时模拟[J]. 姚海,鲍劲松,金烨.  系统仿真学报. 2008(11)
[10]硬件加速的雷达作用范围三维可视化研究与实现[J]. 陈鹏,魏迎梅,吴玲达,杨超.  计算机工程与科学. 2008(04)

博士论文
[1]面向大数据集的地形模型多分辨率建模关键技术研究[D]. 张慧杰.吉林大学 2009
[2]大规模流域三维可视化研究[D]. 施松新.浙江大学 2007
[3]分布式仿真系统中的虚拟环境生成技术研究[D]. 李蔚清.南京理工大学 2007
[4]大规模自然场景建模与绘制[D]. 皮学贤.国防科学技术大学 2006
[5]基于物理的计算机动画及其加速技术的研究[D]. 柳有权.中国科学院研究生院（软件研究所） 2005
[6]海量地形数据实时绘制的技术研究[D]. 陆艳青.浙江大学 2003

硕士论文
[1]真实感图形算法与实时绘制技术研究[D]. 牛立新.首都师范大学 2007
[2]虚拟战场环境中雷达探测范围表现技术研究[D]. 孟国明.国防科学技术大学 2005



本文编号：3640321