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大规模真实感三维地形绘制技术在现实生活和虚拟世界中都具有非常重要的应用,人们对它的研究也在不断的深入和发展。如何实时、高效地绘制真实感三维地形是一个非常复杂的过程,以前的地形绘制算法主要集中在地形数据的简化和裁剪技术上,地形场景的规模大小和显示效果成为研究的瓶颈,但随着图形硬件的飞速发展,将越来越多的绘制工作交给GPU处理已被应用的越来越广。基于GPU的大规模真实感地形绘制技术,充分发挥GPU的高性能,利用其图形渲染流水线的特点,设计出具有高效的、高度真实感的大规模地形实时绘制技术具有非常重要的研究意义。
本文进行了基于网络的真实感地形绘制技术的研究。将压缩后的地形数据和纹理数据通过网络传输进客户端,并上传进显存之中,利用GPU构建多辨率地形网格和多分辨率地形纹理,利用构建好的网格数据实时构建视野可见范围内多分辨率地形法线图,并缓存在显存之中,采用基于视点高度的LOD控制机制调整地形精度,使得视点越高,地形精度越低,视野范围越大;视点越低,地形精度越高,视野范围越小,并在视点降低到一定高度时,通过对地形法线图添加三维柏林噪声来增加地形的真实感,同时,在不同分辨率的边界上设置过渡区域来消除地形网格、法线图、地形纹理上的裂缝。在绘制地形的时候,引用凹凸纹理映射技术,利用生成的法线图对光照进行扰动,来模拟地形凹凸不平的效果,结合来源卫星遥感图像的地形纹理绘制出具有高度真实感的三维地形。
实验表明,该方法可以实现视野可见范围内海量地形的局部实时绘制,非常适合网络地形的漫游,降低了内存的消耗。同时,利用GPU实时生成真实感地形所必须的地形法线图,而不需从外部导入,大大降低了网络数据的传输量,降低对网络带宽的要求,整个绘制流程都GPU来实现,可以充分利用其流水线处理的特点和强大的运算能力,提高了地形绘制的效果,保持较高的绘制帧速,保证了网络地形交互绘制的实时性。