一种基于GPU的地形顶点法向量并行计算方法

为实现三维地形场景实时光照和阴影,采用顶点周围四点高程和GPU(显卡)寄存器绑定方法,借助顶点缓冲区和顶点着色器实时计算顶点法向量,对比主流地形着色算法,实验验证了GPU法向量实时计算效率和显卡兼容性.研究结果表明:地形场景为百万级(1 048 576)三角形时,GPU顶点法向量计算方法具备较高渲染帧率(66帧/s)和较好显卡兼容性.研究结论初步突破了真实感地形需要Normal Map的限制,有利于网络条件下快速高效渲染大规模真实感地形.     

基于4叉树的LOD地形实时渲染技术

为了解决在渲染多细节层级地形过程中出现的裂缝问题,提出了一种基于4叉树的强制分割的改进算法.使用4叉树结构对地形片进行管理,当地形中相邻地形片之间的细节层级大于1时,通过对地形片进行强制分割,保证相邻地形片之间的细节层级差不大于1,从而解决裂缝问题.实验结果证明基于4叉树的强制分割算法在对地形进行渲染时,能够很好地解决地形裂缝问题,实现了地形的光滑连续的绘制,使绘制的地形更真实逼真,同时又不影响地形的高效实时渲染.     

基于分形理论的随机位移算法

为了解决基于分形理论的中点位移法对地形仿真产生的皱折问题，对中点位移法的固定间隙度进行改进，使中点细分扩展到任意尺度细分，采用了线性插值的随机位移算法对地形进行仿真，达到好的可视性．该方法间隙度调节灵活，实现简便，合成速度快，实验结果证明了该算法的有效性．     

数值流形位移法在岩体裂缝扩展中的应用

基于三角形网格,对裂缝扩展过程中流形单元变化情况进行了深入研究,从几何网格的角度对数值流形方法的连续与非连续统一处理方式进行解读.采用一阶覆盖函数,推导出数值流形算法的权函数表达式,建立局部位移函数.通过数值流形计算程序,得出裂缝尖端位移,并计算尖端应力强度因子.通过经典的中心裂纹板模型,对数值流形位移法求得的尖端应力强度因子进行验证,算例的数值解和解析解吻合度较高,证明数值流形法计算裂缝扩展的准确性,为裂纹扩展过程中尖端应力强度因子的求解提供了新的数值解法.     

基于镶嵌的无缝大规模地形生成实现

针对大规模地形生成计算量大和模拟效果欠理想的问题,用DirectX 11镶嵌和两次贴图置换实现地形渲染.运用合理的镶嵌因子计算方法解决非均匀大小面片裂缝问题,可以生成与视点相关连续细节层次简化技术结合良好的无缝地形.发挥了GPU的计算优势,取得较好模拟效果并显著提高了运算速度.     

一种二维非结构网格改进算法的研究

为了改善流体数值计算的准确性和软件应用的方便性,本文在深入研究Delaunay法生成三角网格的基础上,采用弹簧平衡系统设计模型对Delaunay法的布点方法(重心布点法、内心布点法和三角形最长边中点布点法)进行改进。在对AutoCAD软件进行二次开发的基础上,编制了基于边界CAD模型的网格生成软件,采用该软件对重心布点法、内心布点法、三角形最长边中点布点法及改进方法(局部弹簧平衡布点法)进行比较,结果表明,改进方法生成的网格在三角形单元质量及单元数量方面优于重心布点法、内心布点法和三角形最长边中点布点法,对流场的适应性较好,且人机交互操作简单、方便。     

地形生成的细分随机移位方法

将4点细分格式推广到三维表面,提出一种基于四边形栅格4点细分格式的随机移位地形生成方法.实验结果表明提出的算法可以方便生成具有真实感、基本可控性的山脉地形,较好地解决了传统随机中点移位方法对生成地形的形状无法预测和控制、裂缝和不真实的问题.     

视景仿真系统中三维地形的实时生成方法

三维地形是虚拟自然环境中不可缺少的因素,也是虚拟仿真领域中视景系统的重要组成部分.三维地形的巨大数据量一直是视景仿真研究中的难点与热点.本文提出用函数曲面来保存地形顶点数据,在渲染开始前预先载入和计算生成地形数据,而在渲染阶段则利用视点相关LOD(Level of Detail)模型来简化渲染数据,实现大规模地形网格的绘制.实验结果表明,该方法能有效减少实时绘制时的计算量,提高绘制速度,较好地保证了大规模三维地形的实时生成效果.     

斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性试验研究

以某山区斜坡地形220 kv输电线路高露头挖孔桩基础水平荷载现场试验为例,研究斜坡地形高露头挖孔桩基础水平荷载作用下的桩土体系稳定性及承载机理.结果表明:由于斜坡地形边界条件对水平承载性能的影响,高露头挖孔桩基础因埋深有限、嵌固程度低、土体约束作用弱,在水平力和倾覆力矩作用下埋置于斜坡地基的高露头桩基础呈刚性短桩特性,可基于m法计算分析其桩土体系的水平承载特性;桩身水平位移是设计控制因素,基于桩身位移和桩侧土压力的m值计算方法与结果,能够较好地反映试验现象.该成果对斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性的工程设计有一定的参考价值和指导意义.     

生成地形细节层次的粗糙度误差判据

误差判据是生成地形表面细节层次的核心问题,影响着三角形数目和地形三角形网的偏差.在分析各种误差判据计算结果的基础上,提出基于粗糙度的误差计算方法.采用表征地形起伏形状的粗糙度作为因子,建立误差评价函数,结合视点位置形成误差判据球,最后根据误差判据球生成地形细节层次模型.对误差判据改进后,适用于高空俯视地形及动态地形的细节层次技术(LOD)生成.试验表明,改进的粗糙度误差判据降低了地形网格中的三角形数量,对平坦地形的优化效率较突出.     

超大地形分块建模算法的研究

研究了虚拟现实领域中超大规模地形快速、实时渲染的问题,提出一种新的地形建模方法.该方法将现实中所要表现的整块超大规模的地形分割成若干块小的地形分片,由这些小地形分片按照一定规则进行拼接,从而还原出原有的超大地形.在实际进行虚拟漫游时,只需要根据用户摄像机所在的具体位置,动态地载入进入用户视野范围的小地形分片的数据,同时...     

三维测量数据的一种三角网格精简方法的研究

反求工程中测量所得的三维数据一般是海量和无序的,为了提高重构的计算速度,减少存储空间,同时突出建模特征,在分析了常用数据精简方法的基础上提出了利用三角网格模型,以排序函数为依据简化数据的一种三角形折叠算法.该算法先以估算曲率的大小对欲精简数据进行划分,然后对各个区域的三角面构造可调加权排序函数.以排序函数为依据由小到大进行三角形折叠,算法以到相关三角平面距离最短的点作为新点来代替被折叠的三角面,以精简前后区域内的顶点法矢标准偏差和排序函数阀值对精简进行控制.试验表明,此算法排序函数构造简单,计算方便,对较光滑的模型数据处理是有效的.     

基于Multigen Creator的三维地形应用实现

结合三维建模软件MultiGen Creator2.6的地形数据库模块,分析了三维地形生成的方法和技术.以航天发射场的地形为研究区域,根据航天发射场建模要求较高的实时性、精确性和真实感的特点,分别提出了新的地形源数据（栅格地图）转换方法,总结出了利用等高线带贴纹理的方法,并提出了Polymesh/Irregular Mesh（多边形网格/不规格网格）算法与采样型网格简化算法结合的方法.在此基础上,形成了一套行之有效的三维地形生成应用方案,成功建立了视觉效果较好的三维地形,已应用于航天发射场的三维模拟系统中.     

基于信息熵的分块地表模型无缝绘制方法

设计一种视点相关的地形分块调度处理框架,针对大规模分块地形的实时载入和渲染时不同层次细节之间的缝隙,提出一种基于信息熵的实时缝隙填充方法,将三维场景绘制结果转换到图像空间,根据地形之间的缝隙与周围纹理的差异定位缝隙,通过在全局范围内使用确定的邻域搜索最佳匹配像素对缝隙中的每个像素进行填充;在填充时使用纹理颜色信息熵筛选需要检索的像素以降低计算量,并结合GPU图形硬件对算法进行加速。实验表明,该方法能够对大规模的地形进行实时漫游同时对分块间的缝隙进行平滑填充。     

道路路线三维整体建模方法研究

现有的道路三维建模方法只能实现道路模型与地形模型在外观上的整合,其内部关系是完全割裂的.深入研究了一种建立道路三维整体模型的方法.首先将设计点(特征线)与地形点(特征线)整合,形成原始点(特征线)集合.针对原始点集采用逐点插入算法进行Delaunay三角剖分,再依据约束边将初始三角网调整为约束Delaunay三角网,由此得到外观与内部拓扑关系均为整体的道路三维模型.实践表明,该方法具有整体性好、网形优、速度快的优点.图6,参11.     

全球战场环境实时仿真系统研究

为了对全球范围内的战场作战情况进行实时模拟,文章提出了一种构建战场环境仿真系统的解决方案,分别以基于视点的LOD和地形预读方法解决大规模地形的可视化问题,以基于模板的动态场景元素管理解决大量运动物体的组织、管理问题,以基于经纬度的运动物体位姿变换解决物体运动姿态的模拟问题。实验结果表明,该方法能够实现大规模地形的实时可视化,能够对物体运动姿态进行有效的模拟,满足全球范围内战场环境实时仿真的需要。     

DEM快速构建及地形裁剪算法的研究

提出了一种快速构建DEM的算法。它先产生一个包含插值点在内的内插三角形，然后利用此三角形来内插插值点高程；为提高算法对复杂地形的适应能力，利用离散点及地性线对地形进行描述，并保证生成的三角形不跨越地性线。其次，提出了一种基于DEM的对三维地面进行裁剪的分治方法，该方法利用DEM数据生成一个规则的三角网并将裁剪边界插入到三角网中重新构建三角网，通过删除裁剪边界内的三角形来达到对地形裁剪的目的。     

野外地形电磁环境仿真可视化研究

针对野外地形的电磁环境仿真,提出一种基于野外优势路径电波传播模型的可视化方案,利用野外优势路径模型构建仿真核心,并与Okumura-Hata模型和峰脊衍射模型(knife edge diffraction model)进行仿真对比,证明野外优势路径模型能得到更接近事实的结果。使用ASTER GDEM V002数据构建带有真实高程信息的三维野外地形模型,使用Qt基于项的图形视图技术绘制二维视图,使用OpenGL绘制三角面片的方法构建三维视图。并以黑龙江五常市南部地区为例进行电磁仿真预测,验证方案的可行性。     

包装结构设计中环面的三维造型及算法的研究

对在包装容器的结构，造型设计中作为常用基本的环面进行了空间单元及三角剖分的研究，给出了用空间单元法及三角剖分法表示圆环的原理和方法，同时也给出了该三维模型的数据结构，简化了算法。     

鱼眼视频图像畸变的实时校正方法

采用鱼眼图像的球面投影模型,提出一种基于鱼眼透镜球面投影的实时校正方法.该方法将鱼眼图像映射在5个图像平面上,解决了鱼眼视频图像畸变严重,观测视觉体验效果较差的问题;根据图像在计算机中的内存布局,对校正算法中的空间映射计算和内存存储空间进行了优化,提高了算法的执行效率,减少了算法的内存消耗.实验结果表明,该方法能显著改善鱼眼图像的显示效果,对单帧图像的处理时间仅为18.37ms,能满足鱼眼视频图像实时校正的需要.