面向GPU的大規模地形快速繪制方法技術

本發明專利技術提供一種面向GPU的大規模地形快速繪制方法，包括：生成原始地形的外存文件；其中，外存文件中存儲有包含原始地形數據的多個地形塊、每個地形塊的索引編號以及與地形塊相對應的壓縮紋理塊，地形數據包括紋理數據和高程數據；根據預設視點參數確定地形的LOD層次分布，建立地形四叉樹結構，遍歷地形四叉樹結構為不同的LOD層次細節選擇相應的四叉樹節點，將選中的四叉樹節點添加到渲染調度隊列；其中，地形四叉樹結構的各個節點對應于外存文件中的相應壓縮地形塊，用于存儲相應壓縮地形塊的LOD層次及高程數據；從渲染調度隊列獲取將被調度的節點，并對將被高度的節點進行渲染，完成對原始地形的繪制。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及計算機圖形學領域，尤其涉及一種面向GPU的大規模地形快速繪制方法。
技術介紹
地形是自然界中最常見的景物，它與人們的生活密切相關。三維地形繪制技術一直都是計算機圖形學的研究熱點，近年來，它的發展與進步對國民經濟的各個方面產生了重大影響，推動著信息時代的不斷向前發展。隨著攝影測量和衛星遙感技術的快速發展，人們可以得到的地形數據精度越來越高，隨之而來的是急劇增加的地形數據量，而對于計算機硬件來說，雖然在同一時期也經歷 了快速發展的階段，但是與無限增長的地形數據量相比，硬件的發展總是顯得比較滯后，在一定的幀頻下，計算機硬件每秒只能繪制有限數量的三角形面片，這便造成了有限的計算機硬件水平同海量地形數據之間的矛盾，因此對大規模地形進行高精度的繪制往往難以獲得令人滿意的繪制效率。一種有效提升地形繪制效率的方法是降低地形模型的精度，即采用一種精度較低的模型表示同一區域的地形進而實現繪制，層次細節(LOD)技術正是出于這樣的考慮，通過簡化整個場景的復雜度，減少參與繪制的數據量，緩解繪制精度和繪制效率之間的矛盾。另一種提高繪制效率的方法是外存(out-of-core)技術，由于地形數據規模很大，無法一次性將其載入內存，考慮對外存數據重新組織存于硬盤，在繪制時根據需要，將其部分載入，當然這就要求找到一種數據調度策略，目前主要采用的調度策略是通過建立索引來快速定位所需的數據塊，然后將它載入內存的。國內外學者在大規模地形繪制的研究上，取得了大量的研究成果，同時也提出了許多優秀的解決方案，但是由于人們對繪制精度和繪制效率二者的要求都很高，現有的解決方案都不能完美地二者兼顧。
技術實現思路
本專利技術主要解決的技術問題是提供一種面向GPU的大規模地形快速繪制方法。用以解決現有技術的諸多不足。為解決上述問題，本專利技術采用的一種技術方案是提供一種面向GPU的大規模地形快速繪制方法，包括以下步驟SI、生成原始地形的外存文件；其中，所述外存文件中存儲有包含原始地形數據的多個地形塊、每個所述地形塊的索引編號以及與所述地形塊相對應的壓縮紋理塊，所述地形數據包括紋理數據和高程數據；S2、根據預設視點參數確定地形的LOD層次分布，建立地形四叉樹結構，遍歷所述地形四叉樹結構為不同的LOD層次細節選擇相應的四叉樹節點，將選中的四叉樹節點添加到渲染調度隊列；其中，所述地形四叉樹結構的各個節點對應于所述外存文件中的相應壓縮地形塊，用于存儲相應壓縮地形塊的LOD層次及高程數據；S3、從所述渲染調度隊列獲取將被調度的節點，并對所述將被高度的節點進行渲染，完成對原始地形的繪制。其中，所述SI包括以下步驟獲取原始地形的高程數據和紋理數據，并將所述原始地形的高程數據和紋理數據進行分層分塊處理，得到多個大小相同的地形塊及與所述地形塊相對應的紋理塊；對所述紋理塊進行壓縮，得到壓縮紋理塊，并為所述地形塊構建相應的索引編號;將所有所述地形塊及與每個地形塊相應的索引編號、壓縮紋理塊存儲于一文件中，得到外存文件。其中，所述S3中對所述將被調度的節點進行渲染，，完成對原始地形的繪制的步驟包括以下步驟 根據所述將被調度的節點獲取相應地形塊的地形數據；將所述地形塊的高程數據作為頂點紋理載入顯存，由固定的頂點緩存和索引緩存建立地形的平面網格模型；利用頂點著色器的頂點紋理拾取功能獲取地形網格的高程值，設置消除裂縫、跳躍現象的過渡帶，并進行頂點變換和片元處理，最終實現繪制。進一步的，所述SI采用的分層方法為采用隔行隔列法對所述原始地形的高程數據進行重采樣、采用雙線性插值法對所述原始地形的紋理數據進行重采樣。在上述實施方式中，所述SI壓縮所述初始地形塊的紋理數據時采用的壓縮算法為采用DXT算法。在本技術方案中，在所述S2的LOD層次分布中當視距增加一倍時，LOD級別降低一級。進一步的，所述S2在遍歷所述地形四叉樹結構為不同的LOD層次細節選擇相應的四叉樹節點的同時還執行下述步驟對所述地形四叉樹結構進行視錐體裁剪。在上述具體的實施方式中，所述對所述地形四叉樹結構進行視錐體裁剪具體為對當前四叉樹節點的包圍盒與視錐體進行相交測試，完成快速視錐體裁剪。本專利技術的有益效果是區別于現有技術不能夠有效提升地形繪制效率，本專利技術提供一種面向GPU的大規模地形快速繪制方法,通過結合out-of-core技術、LOD技術、可見性裁剪技術以及GPU加速技術，能夠有效地提高數據調度的效率，充分地發揮GPU的可編程性和加速能力，減輕CPU運算負擔，增加每秒可繪制三角形的數量，同時獲得很高的幀率，提高大規模地形繪制的效率。附圖說明圖I是一實施方式中面向GPU的大規模地形快速繪制方法的流程圖；圖2是另一實施方式中面向GPU的大規模地形快速繪制方法的流程圖；圖3是一實施方式中文件存儲結構示意圖；圖4是一實施方式中三角形條帶化方式；圖5是一實施方式中頂點幾何過渡原理圖；圖6是一實施方式中地形塊過渡帶設置示意圖。具體實施例方式為詳細說明本專利技術的
技術實現思路
、構造特征、所實現目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本實施方式提供一種面向GPU的大規模地形快速繪制方法，包括以下步驟SI、生成原始地形的外存文件；其中，所述外存文件中存儲有包含原始地形數據的多個地形塊、每個所述地形塊的索引編號以及與所述地形塊相對應的壓縮紋理塊，所述地形數據包括紋理數據和高程數據；S2、根據預設視點參數確定地形的LOD層次分布，建立地形四叉樹結構，遍歷所述地形四叉樹結構為不同的LOD層次細節選擇相應的四叉樹節點，將選中的四叉樹節點添加 到渲染調度隊列；其中，所述地形四叉樹結構的各個節點對應于所述外存文件中的相應壓縮地形塊，用于存儲相應壓縮地形塊的LOD層次及高程數據；S3、從所述渲染調度隊列獲取將被調度的節點，并對所述將被高度的節點進行渲染，完成對原始地形的繪制。在如圖2所示的實施方式中，所述SI包括步驟S110、S120以及S130，具體如下文所述。S110、獲取原始地形的高程數據和紋理數據，并將所述原始地形的高程數據和紋理數據進行分層分塊處理，得到多個大小相同的地形塊及與所述地形塊相對應的紋理塊。在本實施方式中，對于分層處理過程，本方法采用隔行隔列法對所述原始地形的高程數據進行重采樣，這樣可以保證在相同地理位置的點的高程值保持不變，且可以重復使用高程值；采用雙線性插值法對所述原始地形的紋理數據進行重采樣，這樣對局部細節保存較好。在本領域中，對于分塊處理過程，分塊的規則主要有兩種等間距分塊和等面積分塊，由于等間距劃分方法簡單，檢索速度快，本方法采用等間距分塊。在本專利技術中，分塊的大小沒有具體的計算公式，需要根據繪制需要和硬件條件綜合考慮。在本實施方式中，分塊操作是從原始數據的左下角開始，按從左到右，從下到上的順序進行，對于最右側和頂部的邊緣數據塊，由于它們不能構成一個正方形塊，就以空數據補齊。在其他實施方式中，分塊操作的順序可從原始數據的左上角開始，按從左到右、從上到下的順序進行。在另外的實施方式中，分塊操作的順序可根據實際情況具體設定。S120、對所述紋理塊進行壓縮，得到壓縮紋理塊，并為所述地形塊構建相應的索引編號。與高程數據相比，紋理數據量相對較大，在分層分塊處理后會占用較多的外存空間，且紋理越精細，所占用的存儲空間本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種面向GPU的大規模地形快速繪制方法，其特征在于包括以下步驟：S1、生成原始地形的外存文件；其中，所述外存文件中存儲有包含原始地形數據的多個地形塊、每個所述地形塊的索引編號以及與所述地形塊相對應的壓縮紋理塊，所述地形數據包括紋理數據和高程數據；S2、根據預設視點參數確定地形的LOD層次分布，建立地形四叉樹結構，遍歷所述地形四叉樹結構為不同的LOD層次細節選擇相應的四叉樹節點，將選中的四叉樹節點添加到渲染調度隊列；其中，所述地形四叉樹結構的各個節點對應于所述外存文件中的相應壓縮地形塊，用于存儲相應壓縮地形塊的LOD層次及高程數據；S3、從所述渲染調度隊列獲取將被調度的節點，并對所述將被高度的節點進行渲染，完成對原始地形的繪制。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：程建，屈航，羅博，曾杰，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發明
國別省市：