基于LOD的地形算法的研究

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地形渲染是一个室外场景渲染引擎的核心部分,是图形学领域里的热点问题之一。它在视频游戏、地理信息系统(GIS)、飞行模拟器以及虚拟现实(VR)系统中都有着重要的应用。当我们要生成具有相当真实感的场景时,由于场景本身的复杂性,要满足交互操作的实时性要求往往是不太可能的。如何简化地形,抛弃不必要的渲染动作(如渲染看不见的三角形和不必要的细节)来加快渲染速度成为实现一个大规模的地形渲染系统的关键。动态LOD(Level of Detail)技术无疑是一个强有力的解决方案。层次细节(LOD)技术是一种符合人的视觉特性的技术。它是在不影响画面视觉效果的前提条件下,通过逐次简化景物的表面细节来减少场景的几何复杂性,从而提高绘制算法的效率。在实时交互时,根据观察者当前时刻所处的位置及视线方向,在近距离区域采用高精度模型地形块,而在远处采用低精度地形块,以达到在保证图形实时显示的前提下,较好地协调场景真实感与绘制速度之间的矛盾,最大程度的提高视觉效果。本文主要对基于LOD的实时地形渲染算法进行了探讨。在第3章剖析了基于四叉树地形算法的基本思想,阐述了四叉树的构造及渲染时的几个关键问题,并用自适应四叉树来生成连续LOD规则网格;第4章介绍了基于二叉树的地形算法,主要研究了当前最流行的ROAM算法,最后实现该算法并对结果进行分析;第5章对递进网格(PM,Progressive Mesh)算法进行了详细研究。首先介绍了算法的基本思想,然后实现了静态递进网格的构造,同时对算法进行了改进,在边的折叠代价的计算上,考虑了共面的表面需要较少的多边形表示,并且增加了折叠边的约束条件,对于一个顶点是边界点的折叠边不予折叠,以免地形边界发生较大变形,最后在边折叠和点分裂操作的基础上实现了视点相关的不规则地形网格的渲染。最后对本文所做的研究工作进行了总结,指出了有待改进的地方,并对下一步的研究工作提出了展望。
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