三維地形數(shù)字板塊結(jié)構(gòu)法.pdf

1、虛擬現(xiàn)實(shí)是發(fā)展到一定水平上的計(jì)算機(jī)技術(shù)與思維科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為人類認(rèn)識(shí)和改造世界開(kāi)辟了一條新的途徑。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其實(shí)時(shí)三維空間表現(xiàn)能力、人機(jī)交互式的操作環(huán)境以及給人帶來(lái)的身臨其境感受，使得人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到它的重要作用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將使眾多傳統(tǒng)行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的轉(zhuǎn)變。
　　虛擬現(xiàn)實(shí)中，三維地形具有廣泛而重要的地位。超大范圍的三維地形的建模及其快速顯示是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)重要課題。近年來(lái)，以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)通

2、信終端迅速發(fā)展并普及，專家預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，人類社會(huì)將進(jìn)入智能手機(jī)的時(shí)代。因此，在目前的條件下，如何實(shí)現(xiàn)超大范圍的三維地形在計(jì)算和存儲(chǔ)能力不強(qiáng)的智能手機(jī)平臺(tái)上快速顯示，為該領(lǐng)域的研究又提出了新的挑戰(zhàn)。面對(duì)著能力差距很大的各種硬件水平的設(shè)備，研究人員不能僅僅停留在單純地對(duì)某一平臺(tái)上的技術(shù)細(xì)節(jié)的追求，同時(shí)還應(yīng)該注重其宏觀的兼容性，只有對(duì)相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用的最終平臺(tái)進(jìn)行深入的了解，才能更好地解決問(wèn)題?？焖亠@示超大規(guī)模的地形主要存在兩個(gè)問(wèn)題，一是

3、需要實(shí)時(shí)地對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;二是需要為海量的數(shù)據(jù)提供足夠的存儲(chǔ)空間。面向于智能手機(jī)平臺(tái)，開(kāi)展三維地形數(shù)字板塊結(jié)構(gòu)法的研究，減少地形數(shù)據(jù)的處理量，降低地形數(shù)據(jù)的空間占用，具有十分重要的意義。
　　本文首先介紹了三維地形模型的三種構(gòu)造方法，包括分形地形生成法、基于Perlin噪聲生成法和DEM模型法。其中，分形地形生成法和基于Perlin噪聲生成法生成的地形更加接近真實(shí)的自然地形，但由于計(jì)算復(fù)雜，較少使用。DEM模型計(jì)算簡(jiǎn)單，能夠

4、近似地反映出自然地形，是目前用于構(gòu)建三維地形的主要方法，本文主要以DEM模型為研究對(duì)象。
　　與普通的PC計(jì)算機(jī)相比，智能手機(jī)具有體積小、方便攜帶的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，也存在明顯的缺點(diǎn)，比如計(jì)算和存儲(chǔ)能力較弱，需要蓄電池提供能量等。因此，要想在智能手機(jī)平臺(tái)上流暢地顯示三維地形，必須盡可能地降低計(jì)算強(qiáng)度和需要保存的地形數(shù)據(jù)。由此本文提出了一種三維地形板塊結(jié)構(gòu)法，以降低計(jì)算復(fù)雜度和減少存儲(chǔ)空間的占用。
　　由于三維地形是根據(jù)DEM圖構(gòu)建

5、的，所以超大規(guī)模的三維地形的DEM圖是巨大的。本文將超大的DEM圖分塊成若干個(gè)DEM分圖，由DEM分圖構(gòu)建出地形板塊(Plate)，先后提出了狹義的地形板塊模型和廣義的地形板塊模型。通過(guò)板塊的拼接，再現(xiàn)出原地形的部分或全部?？紤]到視野范圍的因素，顯示地形的時(shí)候，只構(gòu)建必要的地形板塊即可。相對(duì)于原始的超大地形，處理板塊地形的計(jì)算復(fù)雜度和存儲(chǔ)空間占用要小得多。
　　由于整個(gè)地形由地形板塊拼接構(gòu)成，那么就需要解決板塊之間的實(shí)時(shí)、無(wú)縫顯示

6、的問(wèn)題。本文先后提出了九宮模型、即插即用模型和嵌入式模型。定義了地形結(jié)構(gòu)表達(dá)式的概念，不同模型結(jié)構(gòu)的地形能夠通過(guò)地形結(jié)構(gòu)表達(dá)式抽象地表示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，這三種模型能夠完成地形無(wú)縫顯示的任務(wù)。
　　采用板塊地形拼接的方式，使得智能手機(jī)的CPU在運(yùn)行程序的時(shí)候，需要處理的數(shù)據(jù)量大大減少，為了能夠比較流暢地顯示地形，必須對(duì)板塊地形進(jìn)行LOD處理。現(xiàn)有的ROAM算法和GeoMipMap算法可以很好地完成這個(gè)任務(wù)。但是，由于這些算法需要CPU實(shí)