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大规模地形绘制一直是图形学研究的热点问题。尤其是球面地形绘制,它在形状和数据组织方面相较于平面地形绘制更加复杂,一直处于研究重点和难点。对球面地形的可视化仿真希望达到的目标是在不同尺度(从航空飞行到星球表面漫步)下实现实时的精细地形渲染。目前针对该方向国内外有很多学者和机构已经有了一定的研究基础和成果,本文在前人的研究基础之上主要针对地形绘制的效果和效率两个方向进行更加深入的探索。
目前面临的问题包括,在效率方面,Geometry Clipmap方法相较于四叉树、ROAM等方法,具有更好的覆盖形状和较快的更新效率,但是由于算法本身是基于平面地形的所以在全球的地形绘制的研究中应用不广。因此本文首先要解决的问题是如何将Geometry Clipmap方法应用在球面地形绘制中。在效果方面,球面的网格划分有很多种投影方式,如基于正八面体的QTM模型,基于正二十面体的SQT和ISEA模型等。这几种方法从网格等积性上来说ISEA与SQT较好,因此本文采用基于正二十面体的网格划分方法,然而由于正二十面体的几何形状相较其他理想多面体(如正八面体)复杂得多,所以本文第二个要解决的问题是如何把正二十面体的网格和clipmap的矩形网格快速高效的结合起来。使之能够在效果上具有正二十面体划分的等面积优势在效率上又具备GeometryClipmap算法的高效性。
本文针对以上问题,以全球高分辨高程数据作为数据源,重点对全球网格模型的剖分和投影方法以及基于LOD的地形实时简化方法进行了深入分析和研究,提出了SQT-Clipmap全球地形绘制算法,该算法通过建立虚拟的3×3的菱形区域(以正二十面体每两个面组成一个基础菱形为单位)解决了clipmap矩形更新的跨边界问题,又通过设计一个动态的虚拟菱形更新方法解决了地形数据更新的流畅度和clipmap大范围形变问题,在海量地形数据实时绘制时具有较好的效率和效果。实验结果表明了新算法的可行、有效。