LOD技术研究及其在海底地形实时绘制中的应用
海洋资源的开采是解决目前能源危机的一个重要途径，海底勘探是寻找海洋能源的主要手段。由于自然条件的限制，多数情况下，人们难以真正潜入海底，而是需要通过采集到的海底地形数据来观察模拟海底地形，以便于进一步了解海洋。本课题的主要目的是研究国内外关于海底地形绘制的进展状况，分析不同绘制方式的优缺点及适用情况，从而获得可行方案，并在此基础上优化绘制方案，在满足真实性的前提下最大程度上提高绘制效率。 三维地形可视化由于计算机图形学的快速发展而受到国内外的广泛关注。判断一个三维可视化系统是否优良的关键因素是绘制的实时性，但目前越来越庞大的数据量成为三维可视化研究中的巨大障碍。为了解决这个问题，国内外的学者们广泛采用LOD（Level of Detail，层次细节）技术。该技术的主要功能是既能满足用户真实感的体验，又能简化不需要详细绘制的部分，从而达到减少绘制图元的目的，提高绘制效率。 本文的主要内容有: (1)面向大规模海底地形数据实时绘制的需求，对地形数据的三维显示技术进行了系统研究，简述了相关领域在国内外的研究现状和发展趋势。 (2)通过对LOD技术的学习和研究之后，列举了三维地形绘制的关键技术并分析了其优缺点，其中包括外存技术、简化分析、可见性剔除技术和裂缝处理技术。 (3)对比不同LOD算法之后，根据实际地形数据的特点，本文基于ROAM算法，通过数据加载、视域剪裁、建立评价方法等技术手段对算法进行改进，根据视点位置实时更新可视区域，避免了多余三角面片的生成和绘制。 (4)采用对不共斜边节点强制分割的方法处理裂缝问题，创造性地通过索引坐标与实际坐标转换以及对无效值的处理实现任意范围海底地形对ROAM算法的应用，保证了绘制的效果和正确性。最后，通过GPU实时计算和绘制各项点的法线和颜色，实现了大规模海底地形的实时建模和高效绘制，满足高精度、海量海底地形漫游浏览的需求。 文章主要对以下三个方面进行了改进: (1)在数据加载时，通过补充无效值提高原始数据集的兼容性。 (2)通过绘制但不分割不可见区域网格的方式消除传统ROAM算法中不可见区域不参与绘制产生空白区域的现象。 (3)通过索引坐标与实际坐标转换，消除了传统ROAM算法对数据网格大小的限制。
海底地形;绘制效率;层次细节技术;三维地形可视化;计算机图形学
中国海洋大学
硕士
信号与信息处理
王国宇;苏天赟
2015
中文
P737.2;TP391.41
57
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）