大规模地形论文：大规模地形数据调度与绘制技术研究与实现.doc

大规模地形论文：大规模地形数据调度与绘制技术研究与实现【中文摘要】随着计算机图像处理和航拍技术的不断发展,可获得的地表起伏度数据和纹理影像数据的分辨率越来越高,为实现“数字地球”的全球战略目标奠定了坚实的基础。数据分辨率的提升会导致数据规模变得非常巨大,尽管计算机硬件性能也在提升,但是在处理规模巨大的地形数据并完成场景可视化方面仍然存在很多问题和不足。尽管国内外众多学者已经做了大量的研究工作并产生了许多优秀的技术,但是目前还没有形成公认完美的解决方案,因此该领域仍然拥有巨大的商业价值和研究价值。首先,本论文对该领域已有研究成果作了一个简单的综述,分析了大规模地形场景可视化领域的技术特点及其应用价值。从大规模数据处理和场景可视化的角度引出了使用Out-of-core技术和LOD技术的原因,并对这两个技术的特点和发展历程进行了简单的介绍。第二章则对Out-of-core技术和LOD技术的各种实现策略进行了分析和总结,按照数据在外存上处理直到进入内存完成绘制的顺序,完整的介绍了大规模地形场景可视化的流程及涉及的技术要点,为本论文的改进策略和实现手段提供了理论基础。其次,本文在第三章提出了自己的研究方案和实现策略。在大规模地形场景可视化过程中,Out-of-core技术的重点在于数据预处理策略和数据调度策略。本文借鉴已有的研究成果,使用了常见的金字塔数据组织模型和九宫格的数据预取策略,并提出了基于多线程的地形块剪裁的简化方案和内存数据管理策略。同时,在LOD场景建模方面,使用了受限四叉树模型并提出了一套完整的误差评判标准及裂缝消除手段。此外,在课题研究过程中还对基于视相关的大规模地形场景进行了仿真与验证,并在第四章详细介绍了仿真系统的实现细节。最后,本文对大规模地形场景可视化领域进行了总结,并对计算机图形渲染技术的发展趋势和未来的热门研究方向进行了展望。【英文摘要】Since the progress of the technology in computer image processing and space shooting area, people have gained higher resolution data about the earths elevation and texture, which makes the global aim called“digital earth”becoming true. The improvement of the resolution will cause huge scale data size, which brings many troubles in data processing and scene visualization. Academicians form all over the world have done a lot of researches in the area and invented excellent technologies, but there isnt any perfect solution. So this area has big value both in business and research.First of all, the thesis makes a simple summary about the huge scale terrain scene visualization area and analyzes its technology features. It introduces the features and history about two technologies called Out-of-core and Level-of-Detail. Out-of-core technology processes the huge scale terrain data while Level-of-Detail technology makes the scene visible. Chapter Two has introduced the particular implement way about the two technologies, which provides a theoretical basis for the thesiss ameliorations.Secondly, Chapter Three expands the thesiss solution and implement way. In the huge scale terrain scene visualization area, Out-of-core technologys core is pretreatment the terrain data and data scheduling. The thesis uses a familiar strategy called pyramid model to organize the terrain data and users other strategy called style box to do data prefetching, and also provides a simplified multi-thread patches clipping method and the memory manage strategy. Mean while, the thesis uses the restricted quad-tree model and provides a completed error evaluation criteria and cracks elimination way. In addition, the thesis implements a vision-based huge scale terrain simulation system. Chapter Four introduces the detail of the system.Finally, the thesis makes a summary about the huge scale terrain scene visualization area, and analyzes the computer graphics rendering technologys trends and research focus in the future.【关键词】大规模地形 Out-of-core LOD 系统仿真【英文关键词】Huge scale terrain Out-of-core Level-of-Detail Simulation【目录】大规模地形数据调度与绘制技术研究与实现摘要4-5ABSTRACT5第一章 绪论9-161.1 引言91.2 课题背景9-101.3 国内外研究现状10-131.3.1 Out-Of-Core 技术10-111.3.2 LOD 技术11-131.4 主要工作与创新13-141.5 论文的章节安排14-16第二章 大规模地形场景可视化背景介绍16-312.1 大规模地形数据组织技术简介16-202.1.1 地形数据多分辨率建模16-172.1.2 地形数据块划分17-202.2 大规模地形数据调度技术简介20-242.2.1 地形数据选择策略20-212.2.2 地形数据预取策略21-222.2.3 地形数据索引策略22-232.2.4 LRU (Least Recently Used)23-242.3 基于LOD 的地形场景绘制技术24-302.3.1 LOD 细节模型分类24-252.3.2 LOD 层次细节模型构造25-262.3.3 LOD 层次细节剖分26-272.3.4 细节模型间裂缝消除27-292.3.5 地形场景构网29-302.4 本章小结30-31第三章 大规模地形数据调度与绘制关键技术31-533.1 大规模地形数据预处理31-363.1.1 地形高度数据重组31-323.1.2 静态误差计算32-343.1.3 地形子块文件结构34-353.1.4 地形纹理数据预处理35-363.2 大规模地形数据调度策略36-433.2.1 简化相交测试36-383.2.2 地形数据预加载38-393.2.3 地形数据内存管理39-413.2.4 多线程数据调度实现41-433.3 大规模地形数据可视化43-523.3.1 误差评判标准43-463.3.2 LOD 模型简化46-493.3.3 裂缝消除49-523.4 本章小结52-53第四章 大规模地形仿真系统设计与实现53-694.1 系统设计思路53-554.1.1 总体框架描述53-544.1.2 功能模块介绍54-554.2 系统功能模块设计与实现