基于GPU的全球地形实时绘制技术

【摘要】： 海量地形数据的实时三维绘制技术在作战指挥、飞行模拟、游戏等方面都有着广泛的应用,是虚拟现实、战场环境仿真、3D GIS领域的研究重点和热点。本文以全球数字高程模型以及高分辨率卫星影像作为数据源,重点对基于新一代图形处理器(Graphic ProcessUnit,GPU)的海量地形三维绘制的理论、技术与方法进行了深入研究,大幅度提高了海量地形数据实时绘制的速度和效率,主要工作与创新点包括: 1.以海量数据的金字塔模型为基础,设计了数据分层、分块、存储和调度策略等一系列预处理流程和方法,实现了支持文件和数据库两种存储方式的数据引擎。 2.在深入研究新一代图形渲染引擎的基础上,充分利用GPU的可编程性,提出了改进的Geometry Clipmap算法,可以实现快速高效的视锥体裁切和裂缝消除,并利用纹理矩阵简化纹理坐标的计算。该算法结合金字塔层次模型,可以高效的完成海量地形数据的实时绘制。 3.设计并实现了支持多线程渲染、数据渐进调度的地形渲染引擎,进一步提升了海量地形三维绘制的速度。在该引擎中利用了顶点着色器实现了局部高精度地形数据的“镶嵌”显示。 4.集成地形数据引擎和渲染引擎,开发了“全球地形实时绘制原型系统”,实现了全球范围多尺度的实时三维地形绘制,在数字地球、3D GIS、空间环境仿真等领域得到了具体应用。 5.针对国际上计算机GPU和CPU的发展趋势,提出了综合利用GPU和CPU“多核”处理器实现地形数据实时可视化处理的基本思路。