一種與視點相關的基于四隊列優化的地形網格生成方法技術

一種與視點相關的基于四隊列優化的地形網格生成方法，其特征在于包括以下三個步驟：　　　　１）．地形網格及四隊列的初始化：初始地形為兩個共享斜邊的等腰直角三角形，根據初始視點，計算這兩個三角形在屏幕空間投影誤差，對地形三角形進行剖分，使地形三角形的誤差達到精度要求，將剖分得到的地形三角形和這些地形三角形構成的三角形對分別放入四隊列，完成初始化；　　　　２）．誤差的重新計算及四隊列更新：根據變換后的視點，重新計算每個地形三角形或者地形三角形對的屏幕空間投影誤差，根據誤差，更新四隊列；　　　　３）．四隊列驅動的三角形構網：比較剖分隊列和合并隊列的第一項，根據兩者的誤差大小決定進行三角形的剖分或合并，在剖分或合并后更新四隊列。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一般的圖像數據處理或產生，尤其涉及。
技術介紹
為了實現大規模地形實時漫游，必須對原始地形數據所生成的地形網格進行簡化。視點相關的地形網格簡化生成算法，是指在當前視點下根據給定的誤差閾值對地形網格進行有效的簡化，使得簡化后生成的地形三角形網格和原始的網格在給定視點觀察時幾乎沒有什么差別。地形網格簡化生成的方法有以下幾種1.自底向上的逐層簡化生成方法，即從網格的最底層開始，對滿足條件的三角形進行合并，直到三角形的誤差滿足給定的閾值，見PeterLindstrom，David Koller，William Ribarsky，Larry F.Hodges，Nick Faust，and Gregory Turner，“Real-time，Continuous Level of Detail Rendering ofHeight Fields，”Proceedings of SIGGRAPH 96，109-118.，簡化依賴于地形最精細分辨率網格的尺寸，無論在計算還是在存儲上都相對于整個地形的數據，對于大規模地形是無效的。2.自頂向下的逐步細化，地形網格從最粗的三角形開始逐步剖分細化，直到三角形的誤差滿足給定的閾值，見(Peter Lindstrom and V.Pascucci，“Visualization of large terrains made easy，”IEEEVisualization 2001，363-370，Oct.2001；Peter Lindstrom and V.Pascucci.“Terrain Simplification SimplifiedA General Framework for View-Dependent Out-of-Core Visualization”.IEEE Transaction onVisualization and Computer Graphics，2002.)，該方法每一幀都是從最粗的兩個三角形出發，執行自頂向下的剖分，無法利用視域之間的連貫性。3.為了有效地利用地形漫游時視域之間的連貫性，ROAM使用兩個隊列——剖分隊列和合并隊列來控制三角網格剖分的精度。可以根據繪制能力來決定三角形的數量，ROAM算法對實時地形繪制系統保證了固定幀速的繪制，但是在實時繪制過程中，每次優先級隊列需要更新，其復雜度為0(nlogn)，重新計算優先級也很消耗CPU的時間。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術的不足，提出，使得地形構網能利用視域連貫性，同時還能控制構網的三角形數目，使得生成的地形網格給定的誤差計算下最小，符合大規模地形實時漫游的要求，使得地形的實時漫游更加流暢，顯示的畫面質量更高。為了達到上述目的，本專利技術采用的技術方案如下1).地形網格及四隊列的初始化初始地形為兩個共享斜邊的等腰直角三角形，根據初始視點，計算這兩個三角形在屏幕空間投影誤差，對地形三角形進行剖分，使地形三角形的誤差達到精度要求，將剖分得到的地形三角形和這些地形三角形構成的三角形對分別放入四隊列，完成初始化；2).誤差的重新計算及四隊列更新根據變換后的視點，重新計算每個地形三角形或者地形三角形對的屏幕空間投影誤差，根據誤差，更新四隊列；3).四隊列驅動的三角形構網比較剖分隊列和合并隊列的第一項，根據兩者的誤差大小決定進行三角形的剖分或合并，在剖分或合并后更新四隊列。四隊列是需要剖分的三角形隊列和不需要剖分三角形的隊列，需要合并的三角形隊列和不需要合并的三角形隊列，需要剖分的三角形隊列根據其誤差值從大到小排列，而不需要剖分的三角形隊列則無需排列，需要合并的三角形隊列根據其誤差值從小到大排列，而不需要合并的三角形隊列則無需排列。本專利技術與
技術介紹
相比，具有的有益的效果是本專利技術利用了視域之間的連貫性，即前一視點的地形網格和當前視點的地形網格變動不大。不僅能更有效的減少實時構網所需要的時間開銷，而且能有效地控制地形網格中三角形的數目，保證了繪制的實時性。并且采用四隊列的地形網格驅動，對不需要剖分的三角形隊列和不需要合并的三角形隊列不需要進行排序，而僅對需要剖分的三角形隊列和需要合并的三角形隊列中的各項進行排序，在視點變動不大時，需要剖分的三角形隊列和需要合并的三角形隊列的項數很少，排序的時間開銷很少，提高了生成地形網格的效率，使得地形的實時漫游更加流暢，顯示的畫面質量更高。附圖說明下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。圖1是本專利技術方法的流程圖；圖2是地形三角形剖分的前5層；圖3是T連接與對應三角形的強制剖分；圖4是地形網格中三角形的剖分和合并； 圖5是本專利技術的實施例。具體實施例方式如圖1所示，本專利技術所提出的與視點相關的基于四隊列優化的地形網格生成方法，包括地形網格及四隊列的初始化，誤差的重新計算及四隊列更新，四隊列驅動的三角形構網三個基本步驟。其中四隊列是指四個地形三角形隊列，它們分別是需要剖分的隊列Qs和不需要剖分的隊列Qns，需要合并的隊列Qm和不需要合并的隊列Qnm。其中隊列Qs和隊列Qm為排序隊列，而隊列Qns和隊列Qnm為非排序隊列。具體流程可描述為系統首先讀取原始地形數據，即DEM數據，然后使用本專利技術的三個步驟完成地形三角形的構成，最后完成繪制；當地形漫游時，視點改變時，重復上述過程，實現地形的漫游。為了方便描述，先做如下約定地形數據為一個地形高度場(DEM)，它定義在x-y平面，高度方向為z方向。地形高度場可形式化地表示為{z(i·Δ，j·Δ)|0≤i，j≤2n，Δ為正數常量，n為正整數}。地形采樣點是指在地形高度場中具有精確高度值的點，高度值由地形高度場給出，其坐標為(i·Δ，j·Δ，z(i·Δ，j·Δ))。屏幕空間是指在投影屏幕上定義的二維歐式空間。現具體介紹本方法的三個步驟1)地形網格及四隊列的初始化首先將地形高度場在x-y平面上的四個角點所對應的四個地形采樣點構成兩個共享斜邊的等腰直角三角形(此時這兩個三角形是在第0層，它們是同一層次的，互為相鄰三角形，我們稱這樣的在同一層次的共享斜邊的兩個等腰直角三角形對為菱形三角形對)，即第0層中的兩個三角形T和TB，根據初始視點view0計算這兩個三角形在屏幕空間投影誤差(以下的誤差均指在屏幕空間的投影誤差)，如果三角形誤差大于給定誤差(事先確定的誤差精度)，將該三角形加入隊列Qs(即該三角形需要被剖分)，如果三角形的誤差小于給定誤差，則將該三角形加入隊列Qns(即該三角形不需要被剖分)，這就是三角形加入隊列Qs或者隊列Qns的劃分標準。假設此時這三角形的誤差均大于給定誤差，那么它們都放入隊列Qs。此時隊列Qs中有兩個三角形T和TB，所以要使他們按照圖2所示的方法進行剖分。三角形剖分的方法如下所述如圖2所示，對于三角形T(Va，Vl，Vr)(假設它所在的層次是m層，m＞0)，它是等腰直角三角形，Va為直角頂點，Vc為斜邊VlVr的中點，VaVl為左邊，VaVr為右邊(我們稱與三角形屬于同一層次并且共享左邊的三角形為左鄰三角形，與某三角形屬于同一層次并且共享右邊的三角形為右鄰三角形，與某三角形屬于同一層次并且共享斜邊的三角形為對鄰三角形，三角形與其對鄰三角形構成一個菱形三角形對。如圖4中所示，TL為T的左鄰本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：華煒，陸艷青，周棟，鮑虎軍，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：