虚拟战场环境的三维地形构建技术研究

论文摘要

任何战场都是由一定的时间、空间和作战单元构成的。虚拟三维地形做为空间的构成是虚拟战场的重要组成部分,在现代化战争,特别是精确打击战中扮演重要的角色。如何构建逼真可信的虚拟三维地形,也就变得越来越重要。本文重点对构建虚拟三维地形的相关技术进行研究和实现。三维地形构建的技术产生了很多算法,几个主要的关键技术包括数字地形建模、地形模型的简化、地形多分辨率模型和地形真实感绘制。本文对其研究现状进行了简要的归纳和总结。本文提出了一套从源地图进行数据采集生成三维地形场景的整个实现思路和方法。从数据来源到数据组织,再到地形地物数据采集、三维地形地物构建及真实感渲染的整个过程,进行了相关技术和细节描述。对实现的某些细节进行了多方案同步描述,并对各种方法的特点进行阐述,以便在实施过程中根据需求,选择合适的模型和算法加以实现。其次,在构建三角网时,对无约束的渐次插入Delaunay三角剖分算法进行了改良,通过对传统的LOP(Local Optimization Procedure)方法进行了改正,提高了算法在工程实现中的速度,并在改良算法的基础上,进一步提出了有约束线段的Delaunay三角剖分算法。此外,设计和实现了一个三维地形生成系统,对该系统的功能和设计结构进行了简要的描述,给出了系统中各种数据(地形图元数据、地物图元数据、三维场景数据及导出数据)处理过程之间的逻辑关系图。本文的创新点:1、通过对传统LOP算法的改正,实现对渐次插入Delaunay拆分方法的改良。Lawson的LOP方法希望插入的点尽量靠近三角形的重心,所以基本都对待插入点进行排序优化,且只考虑插入点与被插入三角形及与邻近三角形之间的空间关系。改进后的LOP方法在待拆三角形插入新点后产生三角边变化的基础上,对每个交换了对角线而形成的三角形再迭代运用Delaunay法则由里向外更新邻接三角形,提高了构建效率,改进的LOP算法对待插入点没有位置要求,即使插入点落在三角形的边界上亦可通过向周围三角形的扩散调整而很好的融入三角网中。改进算法对数据具有较好的适应性,并能有效地提高LOP算法的效率,从而提升整个算法的速度。2、给出了一种有线段约束条件下的Delaunay三角拆分算法。根据前述改良的算法,进一步加入地质边沿等线段约束条件,构造了有线段约束条件下的Delaunay三角拆分算法。本算法容许约束线段做为集合存在,这些线段集合可组合形成其它几何形状的约束条件集。该算法容易理解和实现,且实现效果满足要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 概述
• 1.1 本文研究的背景
• 1.2 三维地形构建的研究现状
• 1.2.1 地形建模技术
• 1.2.2 地形模型简化技术
• 1.2.3 多分辨率地形模型数据组织
• 1.2.4 地形的真实感绘制
• 1.3 虚拟战场环境下三维地形构建特点
• 1.4 本文的主要工作及创新点
• 1.4.1 本文的主要工作
• 1.4.2 本文创新点
• 第2章 地形数据的采集与预处理
• 2.1 地形原始数据的采集
• 2.2 地形数据高程模型
• 2.2.1 高程数据的获取方式
• 2.2.2 几种方式的使用时机
• 2.3 地形数据的预处理
• 2.3.1 地图的初始信息设定
• 2.3.2 各种高程数据的预处理
• 2.4 本章小结
• 第3章 三维地形的构建
• 3.1 采样数据的DELAUNAY 三角拆分法
• 3.2 无约束DELAUNAY 三角拆分法的改良
• 3.2.1 改良算法过程
• 3.2.2 LOP 核心算法的改进
• 3.2.3 算法的分析与效果
• 3.3 基于改良算法的有约束加入
• 3.4 本章小结
• 第4章 三维地形绘制
• 4.1 地形纹理贴图
• 4.1.1 全纹理贴图
• 4.1.2 Tile 纹理贴图
• 4.2 地物系统与战场特效
• 4.2.1 植被系统的渲染
• 4.2.2 其它地物的渲染
• 4.2.3 战场特效
• 4.3 提高地形渲染效率算法
• 4.3.1 LOD 方法
• 4.3.2 基于视点的剔除算法
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统设计与介绍
• 5.1 系统结构及功能
• 5.2 系统数据处理
• 5.3 系统的扩展考虑
• 第6章 总 结
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的论文