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基于GPU和层迭四叉树的分布式虚拟战场大地形实时绘制

张小龙  
【摘要】: 受国家“863”重点发展计划项目“空天XXXX”的资助,研究“基于GPU和层迭四叉树的分布式虚拟战场大地形实时绘制”。大规模地形作为分布式虚拟战场的重要组成部分,针对大规模分布式虚拟战场对地形元素实时性、逼真性和交互性的新需求,对地形绘制过程中数据的存储和调度以及绘制算法进行研究,选题对于建立高效的分布式虚拟战场实时仿真系统具有十分重要的意义。 首先,通过分析典型的国际最先进的地形建模研究成果,研究认为建立视相关的LOD模型是实现大规模地形实时绘制的关键。因此,设计内外存相匹配的金字塔式的层迭四叉树结构来存储地形数据,并引入环绕寻址方法和基于GPU的多线程调度算法来加速地形的访问速率。 其次,在分布式战场大地形层迭模型的基础上,以提高地形整体与局部绘制的实时性和逼真度为出发点,对其进行效率优化。引入视点漫游速度重构全局LOD评价因子,以减少地形网格三角剖分时的误差;采用查询列表方法改进遮挡查询算法,尽量减少CPU和GPU的空闲时间;提出基于边界样式的拟合高程算法来避免裂缝产生,实现不同分辨率地形块间平滑无缝的过渡。 然后,提出基于样本纹理块和缓冲池的快速纹理合成算子构造方法和动态块纹理预计算方法,实现与地形块相匹配的细节纹理实时合成。 最后,利用windows平台下的VC+OpenGL编程工具,设计并实现了分布式虚拟战场地形仿真系统。实验结果表明,该系统不仅实现了漫游场景时平滑无缝的过渡,而且有效解决了地形要素对战场环境实时性的制约。 所做工作对战场大地形数据的实时调度和细节层次模型的控制,以及地形绘制效率的优化是行之有效的,能够满足分布式虚拟战场对地形实时性的需求,是对大规模战场地形绘制的一次有益探索。


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