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基于LOD的大规模地形实时绘制技术研究

郭震  
【摘要】: 大规模地形绘制技术在计算机图形学、虚拟现实、地形仿真、游戏领域等方面都有着广泛的应用,也是开发可视化系统、3DGIS领域的研究重点和热点。三维实时绘制的场景常常包含数百万甚至上千万的三角形,而且其几何模型还有越来越复杂的趋势。为了加速绘制,一般采用细节层次(LOD)方法,以简化整个场景的复杂度,减少绘制的数据量,提高实时绘制的速度。 本文对传统的基于CPU的LOD地形绘制算法,以及最新的基于GPU的LOD大规模地形算法进行了深入研究,提出了改进的LOD算法,主要研究工作包括: 1.研究了基于LOD的大规模地形实时绘制的关键技术,包括地形LOD(细节层次)、可见性剔除、空间连续性、视点相关精化、LOD误差度量计算、纹理相关技术等。 2.通过对传统的基于四叉树的实时连续LOD地形生成算法的研究,提出了改进的四叉树地形绘制方法,对静态节点评价和边界消除裂痕的方法进行了改进,应用了一个在视锥剔除技术中有别于传统六面法的新的雷达方法,简化了算法实现,提高了绘制速度。 3.以改进的四叉树算法为基础,详细阐述了室外场景常用的纹理混合、实时水面、场景雾化等问题的解决途径,设计并实现了一个大规模地形实时漫游系统。 4.在深入研究新一代图形渲染硬件的基础上,充分利用GPU的可编程性,提出了改进的Geometry Clipmaps算法,应用简化几何剪切图的数据结构来提高算法的运行速度,改进了视相关裁剪和法线混合方法,同时用棱锥纹理解决大块纹理不能一次载入内存的问题,该算法应用棱锥模型,可以高效的完成大规模地形数据的实时绘制。


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