基于LOD和運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的大規(guī)模地形實(shí)時(shí)渲染技術(shù)研究.pdf

1、大規(guī)模地形的可視化受益于計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)的日益發(fā)展，在諸如地理信息系統(tǒng)、軍事模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域和大場(chǎng)景游戲等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。大規(guī)模地形的實(shí)時(shí)渲染作為大型室外場(chǎng)景不可或缺的部分，近年來(lái)逐漸成為圖形圖像學(xué)的研究熱點(diǎn)。而在實(shí)時(shí)渲染時(shí)，要滿(mǎn)足畫(huà)面真實(shí)感的需求時(shí)，往往對(duì)地形繪制的實(shí)時(shí)性是一種挑戰(zhàn)。此外，內(nèi)外存之間調(diào)度的大量地形數(shù)據(jù)對(duì)渲染的實(shí)時(shí)性造成了巨大的影響。細(xì)節(jié)層次模型（LOD）作為一種保證繪制實(shí)時(shí)性的經(jīng)典算法，精簡(jiǎn)了地形

2、模型，減少了地形繪制所需的三角形個(gè)數(shù)，最終達(dá)到提高渲染速度的效果。同時(shí)，結(jié)合合理的磁盤(pán)調(diào)度，減少內(nèi)外存之間調(diào)度差異帶來(lái)的延遲，進(jìn)而保證大規(guī)模地形的實(shí)時(shí)繪制。
　　LOD技術(shù)簡(jiǎn)化所要繪制的事物的表面的細(xì)節(jié)層次，減少繪制量，很大程度上使得繪制場(chǎng)景簡(jiǎn)單化，進(jìn)而提高渲染速度。LOD技術(shù)結(jié)合人眼觀察事物的特點(diǎn)，使得近處的事物采用那個(gè)較高層次的細(xì)節(jié)模型，呈現(xiàn)更加清晰化，而較遠(yuǎn)事物采用較低層次模型，從而合理的解決場(chǎng)景真實(shí)感和渲染速度之間的矛盾。

3、該技術(shù)合理有效地解決了視覺(jué)畫(huà)面效果與大規(guī)模地形渲染速度之間的矛盾。
　　本文對(duì)已有的LOD算法和一些相關(guān)調(diào)度方法進(jìn)行了深入學(xué)習(xí)，從而結(jié)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和地形分塊分層技術(shù)，提出了基于屏幕誤差的LOD模型生成算法；同時(shí)，針對(duì)內(nèi)外存之間的讀寫(xiě)速度差異問(wèn)題，采用一種將所需數(shù)據(jù)提前調(diào)入內(nèi)存的策略，有效的保證大規(guī)模地形渲染的實(shí)時(shí)性。主要工作具體如下：
　　1.針對(duì)大規(guī)模地形實(shí)時(shí)渲染問(wèn)題，深入學(xué)習(xí)了已有的算法以及相關(guān)的一些研究成果，進(jìn)一步了解了

4、LOD模型在大規(guī)模地形實(shí)時(shí)繪制領(lǐng)域的具體應(yīng)用，同時(shí)，對(duì)地形細(xì)節(jié)層次模型LOD、事物的可見(jiàn)性判定、采用LOD時(shí)的數(shù)據(jù)誤差、紋理映射的相關(guān)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)磁盤(pán)合理調(diào)度等技術(shù)。
　　2.在深入學(xué)習(xí)已有的基于四叉樹(shù)的LOD地形實(shí)時(shí)渲染算法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于四叉樹(shù)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(gè)過(guò)程從預(yù)處理階段和實(shí)時(shí)繪制階段兩個(gè)部分進(jìn)行探討，將對(duì)地形的分塊和構(gòu)造包圍球的工作提前計(jì)算，不僅減少了地形數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量，而

5、且很大程度上減少了實(shí)時(shí)繪制階段的計(jì)算量。實(shí)時(shí)繪制階段，依據(jù)基于投影和包圍球的視錐裁剪方法實(shí)時(shí)調(diào)入可見(jiàn)地形塊，結(jié)合四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)建立基于包圍球屏幕誤差的LOD模型，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地形的實(shí)時(shí)渲染。實(shí)驗(yàn)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(jié)合改進(jìn)的LOD算法，提出了一種基于埃爾米特運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的地形實(shí)時(shí)繪制方法。采用埃爾米特插值算法進(jìn)行視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)，提前加載下一視點(diǎn)位置及視線方向的地形數(shù)據(jù)，減少了實(shí)時(shí)繪制時(shí)的