一种地形渲染与虚拟漫游方法

摘要：从地形的多分辨率显示、裂缝修补和虚拟漫游三个方面实现了一种地形渲染与虚拟漫游方法。基于小波变换和反变换实现地形多分辨率显示，分析裂缝产生原因并进行修补，通过调整视线实现虚拟漫游。渲染实验表明该方法能够取得比较好的地形渲染和虚拟漫游效果，并能较好地修补渲染地形中的裂缝。

关键词：地形渲染；多分辨率显示；裂缝修补；虚拟漫游

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2012)29-7091-04

目前，地形渲染的相关研究主要包括地形的多分辨率表示、地形的分块渲染和数据压缩与解压等几个方面，需要解决的问题包括提高数据调度与渲染的速度和地形块之间裂缝的修补等。

宋燕燕,李绍彬[1]基于PC机平台和OpenGL提出并实现了一种地形渲染算法。该方法采用四叉树概念描述地形, 从完整地形出发递归地把地形分割成相等的四个区域, 分割的深度越大则获得分辨率越高。用二维数组表示地面高程数据，并采用LOD技术进行地形渲染。李惠等[2]对大规模地形数据按照空间位置进行分块处理，运行时刻只在内存中驻留当前可见的地形块对应的数据，并对整个场景按照层次结构进行组织。由于小波具有良好的时域和频域特性, 并可用尺度观察函数（信号、图像等）对任意细节进行分析[3]，因此出现了很多基于小波的多分辨率地形模型构建方法。Donald等[4]提出了一种使用小波变换从原始高程数据中生成多分辨率地形数据库的方法，通过小波滤波和层次三角形剖分算法产生一组分辨率递增的地形模型。高辉[5]提出了一套基于GPU的大规模地形纹理调度与渲染机制，实现了基于小波分析的高程数据简化与地形多分辨率表示，取得了较好的渲染效果，但不同分辨率的地形块之间存在裂缝。张立强[6]提出了一种用三角网消除不同分辨率地形块间裂缝的方法，能够取得较好的效果。

基于以上研究,本文实现了一种地形渲染与虚拟漫游方法，实现了基于小波变换的地形多分辨率显示，对渲染地形中的裂缝进行了修补，并实现了良好的人机交互性能。渲染实验表明，该方法能够取得较好的地形渲染和虚拟漫游效果。

地形多分辨率显示模型构建包括以下几方面内容：

1）根据视野范围，判断需要将哪些地形块的数据调入内存中。

2）确定每一个地形块的分辨率。按照地形块距离视点的远近，划分不同的分辨率层次。距离视点越近，分辨率越高。超出视野范围的区域可以不进行渲染。

3）在生成地形多分辨率显示模型的过程中，根据文献[5]的方法，将不同分辨率地形数据的生成过程转换为小波逆变换的过程。将三次小波变换后的地形数据压缩存储于硬盘中，渲染时不断进行小波反变换，可得到分辨率不断提高的地形数据。

4 结束语

本文从地形的多分辨率显示、裂缝修补和虚拟漫游三个方面实现了一种地形渲染与虚拟漫游方法。该方法能够取得比较好的地形渲染和虚拟漫游效果，并能较好地修补渲染地形中的裂缝。进一步提高地形渲染速度，拓展虚拟漫游功能，是研究的进一步改进方向。

参考文献：

[1] 宋燕燕, 李绍彬.大规模地形漫游中的实时地形渲染技术[J].电脑开发与应用,2008,21(10):69-71.

[2] 李惠,翟磊,林诚凯, 潘金贵.一种超大规模地形的实时渲染方法[J].系统仿真学报,2004,16(4):736-739.

[3] 谭兵.用约束四叉数实现地形的实时多分辨率绘制[J].计算机辅助设计与图形学报,2003,3(3):270-276.

[4] Donald E. General of Hierarchical Multiresolution Terrain Database Using Wavelet Filtering[J].Phtogrammetric Engineering & Remote Sensing, 2000, 66(3):287-295.

[5] 高辉.基于GPU的大规模地形快速渲染技术研究[D].长沙:国防科学技术大学,2006.

[6] 张立强,杨崇俊,刘冬林.基于M进制小波的视点相关多分辨率地形模型的简化[J].系统仿真学报,2004,16(9):1970-1977.