收藏本站
《国防科学技术大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

大规模自然场景建模与绘制

皮学贤  
【摘要】: 大规模自然场景建模与绘制技术,在虚拟战场、三维游戏及影视制作等领域有着广泛的应用。随着应用的不断扩展和深入,人们对场景规模、仿真精度及交互性能等提出越来越高的要求。 为了满足虚拟战场环境的应用需求,本文深入研究了大规模自然场景建模与绘制的几项关键技术:动态云景建模与绘制、大规模三维地形绘制、海面波浪建模与绘制。本文完成的主要工作和取得的创新研究成果如下: (1)深入研究了大规模地形的LOD模型与绘制算法。随着图形处理器(GPU)的快速发展,传统的依靠CPU进行精确的视锥剔除和复杂的多分辨率拼接的地形LOD模型和绘制算法已不能充分发挥图形系统的总体性能。本文提出了一种能更好发挥GPU的绘制能力、平衡CPU与GPU负载的Patch-LOD地形绘制算法。该算法的特点是:引入地形瓦片金字塔和地形概要金字塔概念,实现了大规模地形数据存储模型和地形块调度算法,其中地形概要金字塔是地形瓦片金字塔的索引信息,其所需要存储空间很少,可以完整地载入内存,能方便地用于视锥剔除、遮挡剔除与LOD控制;引入索引模板和衔接性索引模板概念,使不同LOD层次的地形块实现快速的无缝拼接;引入地形瓦片的上下夹面概念,以上夹面替换地形块进行遮挡剔除计算,以下夹面替换地形块进行水平线构造运算,从而提高遮挡剔除算法的效率。实验结果表明,Patch-LOD地形绘制算法效率高,能满足大规模、交互式自然场景漫游系统的实时性要求。 (2)深入研究了大规模地形的几何细节生成和纹理细节生成,提出了一种基于小样本纹理的大规模地形动态纹理合成算法。由于计算机存储能力和I/O带宽等限制,大规模自然场景的几何细节与纹理细节在规模上和精度上受到了一定的制约。为了产生逼真的地面场景效果,本文在Patch-LOD地形绘制算法的架构下,充分利用几何数据既有的存取预测机制和LOD控制机制,综合考虑地形数据的地理信息、几何信息,在若干小样本纹理的基础上,实现了动态纹理的实时合成。实验结果表明,在大规模地形缺少相应的纹理数据、或者大纹理数据存取困难的情况下,采用本文的动态纹理合成算法,能以很小的代价获得地面场景真实感的显著提高。 (3)本文对海面波浪仿真技术进行了深入研究,提出了一种基于波浪方向分布函数分解模型的近岸水域波浪仿真算法。波浪在深浅不均的水域进行传播时,会发生折射、绕射等一系列的效应。特别当波浪传播到浅水域时,波浪前锋呈现出逐步与水底地形法向量一致的趋势。本文根据近岸水域波浪的上述特点,将近岸水域波浪分解为两个部分,其一为方向波,采用了三角余弦函数建模,其二为随机波浪,采用了基于缠绕分形面的水面波浪模型。实验结果表明,这种方法具有效率高、逼真性好等优点。 (4)本文研究了动态云景仿真,提出了基于格子Boltzmann模型和细胞自动机模型的分阶段动态云景建模方法。由于动态云景仿真有复杂的物理背景,基于物理模型的仿真算法所需要的计算资源十分巨大,其完整的物理过程仿真需要专用的大规模并行计算系统才能完成。为了使动态云景仿真算法满足逼真性和实时性的要求,本文将云景仿真过程分为两个阶段,在预处理阶段采用格子Boltzmann模型进行大气流场仿真;在实时模拟阶段利用大气流场仿真的结果,采用改进的细胞自动机模型进行复杂风场条件下的云景仿真。该方法既充分体现大气流场的物理规律,可以获得逼真的动态云景仿真效果,又具有计算速度快、边界条件易于处理等优点。 综合应用以上研究成果,开发了一个包含大范围、多类型的陆地地形、海面场景、动态云景的大规模三维自然场景的建模与绘制实验系统。实验结果表明,本文中提出的模型和算法可有效改善自然场景的逼真性,提高场景绘制的实时性和应用系统的交互性能。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 雷伟杰,蔡勇;基于分层次细节模型的场景快速绘制[J];兵工自动化;2004年05期
2 谢莉,李利军;面向仿真的流域三维地形加工过程研究[J];计算机仿真;2003年11期
3 宋友厉,李辉,王丹霞,张建伟,游志胜,张波;大地形三维可视化系统设计与关键技术方案[J];四川大学学报(自然科学版);2002年03期
4 许云杰,胡事民;基于层次细节模型的遮挡裁剪算法[J];中国图象图形学报;2002年09期
5 何晖光,田捷,赵明昌,李光明,张晓鹏;基于视点细分的层次细节模型及其在虚拟内窥镜中的应用[J];系统仿真学报;2002年09期
6 孙轶红,焦永和;基于视点和分形理论的真实感地形实时生成方法[J];系统仿真学报;2004年12期
7 何晖光,田捷,张晓鹏,赵明昌,李光明;网格模型化简综述[J];软件学报;2002年12期
8 谢传节,万洪涛;自适应多层次细节信息地表模型生成算法设计[J];中国图象图形学报;2002年06期
9 李蔚清;吴慧中;林昌年;;变电站仿真培训系统虚拟环境的研究与实现[J];系统仿真学报;2006年S1期
10 朱春;曾亮;;一种改进的基于三角形折叠的模型简化算法[J];计算技术与自动化;2006年03期
11 王海;陈国良;黄心渊;;狄洛尼三角剖分在LOD点删除简化中的应用探讨[J];计算机应用与软件;2007年12期
12 李偈;张松海;刘强;;一种基于四叉树结构的动态多分辨率地形模型[J];计算机工程与应用;2006年07期
13 陈启祥;陈小磊;;基于LOD的大规模地形渲染技术研究[J];软件导刊;2007年03期
14 唐立文;廖学军;汪荣峰;李春艳;;海量空间矢量数据综合研究[J];装备指挥技术学院学报;2009年05期
15 唐杰,张福炎;一种基于误差控制的网格多分辨模型生成算法[J];计算机学报;2005年09期
16 英振华;石锐;胡捷;;基于分形理论的三维地形场景的真实感绘制[J];计算机仿真;2006年05期
17 唐勇;刘镪;吕梦雅;;一种头发动态模拟方法[J];计算机仿真;2006年07期
18 石雄;朱毅;;一种面向现代GPU的大规模地形渲染技术[J];成都信息工程学院学报;2009年03期
19 王明印;韦群;徐恩;何国林;;基于Creator/Vega Prime的大场景虚拟现实关键技术研究[J];系统仿真学报;2009年S1期
20 李胜,刘学慧,王文成,吴恩华;层次可见性与层次细节地表模型相结合的快速绘制[J];计算机学报;2002年09期
中国重要会议论文全文数据库 前8条
1 周杨;徐青;马东洋;蓝朝桢;;数字城市三维景观绘制与优化算法的研究[A];地理空间信息技术与应用——中国科协2002年学术年会测绘论文集[C];2002年
2 李俊;蒋永实;;结合遮挡裁减的视点相关模型简化方法[A];第四届中国软件工程大会论文集[C];2007年
3 刘洪利;王琳琳;石海鹏;邱峰;;虚拟旅游教学系统的关键技术研究(英文)[A];全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(下册)[C];2009年
4 刘永志;张行南;张文婷;;基于X3D的数字地球系统的研究[A];中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集[C];2006年
5 李明;王林旭;谢剑薇;李东岳;;大规模地理数据的组织存储及快速访问[A];2010年全国通信安全学术会议论文集[C];2010年
6 刘晓平;李国丽;俞士光;梁曼君;吴宜灿;韩江洪;;工程设计中的约束检测及可视化[A];第三次全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2002年
7 杨超;吴玲达;;基于视点质量驱动的网格动态简化算法[A];第七届和谐人机环境联合学术会议(HHME2011)论文集【poster】[C];2011年
8 王占武;;对构建矿区地下管网虚拟现实系统可行性的探讨[A];2011全国矿山测量新技术学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 皮学贤;大规模自然场景建模与绘制[D];国防科学技术大学;2006年
2 李蔚清;分布式仿真系统中的虚拟环境生成技术研究[D];南京理工大学;2007年
3 张晔芝;基于图形旋转系统的渐进层次细节方法研究[D];中南大学;2007年
4 黄争舸;虚拟自然场景建模和可视化的若干问题研究[D];浙江大学;2008年
5 王永波;基于点云的空间对象表面重建及其多分辨率表达方法研究[D];南京师范大学;2008年
6 孙海波;采煤机3DVR数字化信息平台关键技术研究[D];中国矿业大学;2009年
7 陈勇;虚拟海滨城市关键技术研究[D];中国海洋大学;2007年
8 刘帅;面向陆地边界场景的三维建模方法研究[D];中南大学;2011年
9 罗元;城市道路交通流智能化模拟虚拟现实系统研究[D];清华大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨新文;三维地形生成及简化技术研究[D];武汉大学;2004年
2 莫映;真三维地理信息系统中海量数据处理技术的应用研究[D];首都师范大学;2004年
3 崔保磊;生成地形细节层次的误差测度研究[D];中国石油大学;2009年
4 廖巍;大规模地形的建模与动态绘制技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
5 滕云飞;战场环境电磁场数据可视化系统研究[D];华中科技大学;2006年
6 祝清鲁;大规模场景中LOD技术的研究与应用[D];北京邮电大学;2009年
7 应开怀;三维输电网地理信息系统的研究与开发[D];浙江大学;2004年
8 戴晟;地质体三维可视化研究与系统实现[D];华东师范大学;2008年
9 董元平;虚拟场景地形建模研究及飞行器简单控制[D];西安电子科技大学;2007年
10 朱春;三维几何模型的简化算法研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978