基于分形理論的高精度地形繪制算法研究.pdf

1、地形實時繪制理論與方法及其交互式可視化技術是虛擬現(xiàn)實、地理信息系統(tǒng)、計算機圖形學、科學計算可視化等交叉學科研究領域的關鍵問題。隨著計算機圖形顯示技術的完善，促進了真實感圖形的生成算法的不斷發(fā)展，使地形三維實時繪制，尤其是高度真實感立體繪制技術成為交叉學科學研究的熱點。盡管許多高檔圖形工作站已能進行數(shù)以萬計量級的三角形的實時繪制，但由于大場景海量地形數(shù)據(jù)描述的需求，計算所需的時空代價遠遠超過了一般圖形實時繪制和內(nèi)存管理的能力。人們一直在追

2、求真實的地形繪制，但是，在提高地形繪制效率的同時，不得不損失地形的真實感。本文針對當前地形三維繪制技術的研究現(xiàn)狀，吸取了計算機圖形學、計算幾何、科學可視化、虛擬顯示等先進理論，圍繞地形三維可視化及其實時繪制技術中的數(shù)字地形模型、三維真實感地形生成、分形地形模擬以及多分辨率表達等技術內(nèi)容展開研究與實踐，目標旨在提高繪制速度的同時建立高精度真實感地形。 本文的主要工作研究如下： （1）回顧了地形繪制技術的發(fā)展過程以及三維地形

3、仿真技術的相關問題，并比較分析了基于頂點選擇算法、ROAM 算法以及VDPM 等幾種典型的地形繪制方法，總結(jié)了這些算法的優(yōu)缺點。提出了一種不同于傳統(tǒng)連續(xù)LOD 算法思想模式的算法流程。這種新的算法流程的優(yōu)點在于不需要重復操作內(nèi)存來獲取不同分辨率的地形模型，取而代之的是根據(jù)視點變化來獲取不同區(qū)域范圍內(nèi)的特征參數(shù)。因此，在減小計算機負荷的同時節(jié)省了計算時間，提高了繪制效率。 （2）針對當前連續(xù)LOD 算法的現(xiàn)狀，提出了基于分形原理的

4、連續(xù)LOD 算法。 由于地形具有自然界景物的復雜性和隨機性的特點，一般內(nèi)插法無法表示出地形的真實感和隨機性。而具有自相似性和無限細分性的分形理論為描述自然界的復雜事物提供了有效的方法。因此本文將分形理論應用于地形的實時繪制技術中，提高了地形顯示的真實感。 （3）詳細比較分析了各種分形算法的特點，提出一種在已有DEM 的基礎上進行地形插值的隨機中點位移地形插值方法。目前分形在地形繪制上的應用均為在有限控制點的狀態(tài)下生成三維

5、分形地形，這種生成地形的方法大致分為基于迭代函數(shù)分形插值法和基于分形布朗運動分形插值法。在深入研究了前人所用的方法后，發(fā)現(xiàn)隨機中點位移法的合成速度很快，并且時間復雜度較低，實現(xiàn)容易，將隨機中點位移地形插值法成功地應用于連續(xù)LOD 算法中。 （4）針對隨機中點位移法容易產(chǎn)生“褶皺痕跡”的現(xiàn)象，提出一種改進的隨機中點位移細分技術，這種方法較好的克服了上述困難，即在隨機變量的選取上添加一個與特征參數(shù)相關的補償項來實現(xiàn)，同時，特征參數(shù)在