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植被是户外场景的重要组成部分,植被绘制效果良好可以增强三维虚拟场景的逼真度。由于植被结构复杂、形态多变,因此对森林景观进行完全细节的描述是难以实施的。如何描绘出大规模的森林景观,使其既具有一定逼真度又能满足实时交互是多年来国内外研究者关注的焦点。
目前提高大规模森林场景实时绘制效率的方法主要包括两方面:一方面是提高硬件水平,即采用处理速度更快的计算机图形硬件来加速渲染；另一方面是对场景本身的绘制算法进行改进和完善。目前计算机的计算能力往往无法快速真实地模拟大规模森林,随着计算机图形技术的发展,需要更快更真实地构建大规模场景,单纯依赖于硬件加速的绘制技术是非常有限的,因此需要从图形绘制算法着手,提高实时绘制的效率。
本研究采用L系统构建植被单体的三维结构模型,根据植被模型特点,分别对枝干和树叶两个组成部分进行几何简化,大幅度减少模型所需的几何要素数量。在实时渲染过程中,依据细节层次(LOD)技术对植被进行不同程度的简化并显示,从而实现大规模森林场景的实时可视化。
在枝干模型简化中,本文在多分辨率字符串算法的基础上,探索了分枝方式对LOD模型的可视化效果的影响,改进了合轴分枝枝干系统的简化方法。
在冠层模型简化中,本文提出了一种新的分层LOD模型提取方法,该方法可以高效地提取出视相关的多复杂度LOD模型。多复杂度LOD模型是指同一个LOD模型分为细节区和粗糙区,两个区域的复杂度不同。这种模型可以更进一步地减少几何绘制量。经实验验证该方法具有良好的显示效果和运算效率。
在森林场景可视化中,本文提出了一种新的动态LOD调用标准:定义衰减因子描述树木分布情况,并用该因子将初始树木的复杂度衰减到显示的需要,从而实时得到场景中植被所需要的复杂度。该算法全面考虑了植被密度和视距对植被所需细节程度的衰减影响,为动态LOD技术运用于森林场景提供了连续的复杂度标准。
植被是户外场景的重要组成部分,植被绘制效果良好可以增强三维虚拟场景的逼真度。由于植被结构复杂、形态多变,因此对森林景观进行完全细节的描述是难以实施的。如何描绘出大规模的森林景观,使其既具有一定逼真度又能满足实时交互是多年来国内外研究者关注的焦点。
目前提高大规模森林场景实时绘制效率的方法主要包括两方面:一方面是提高硬件水平,即采用处理速度更快的计算机图形硬件来加速渲染；另一方面是对场景本身的绘制算法进行改进和完善。目前计算机的计算能力往往无法快速真实地模拟大规模森林,随着计算机图形技术的发展,需要更快更真实地构建大规模场景,单纯依赖于硬件加速的绘制技术是非常有限的,因此需要从图形绘制算法着手,提高实时绘制的效率。
本研究采用L系统构建植被单体的三维结构模型,根据植被模型特点,分别对枝干和树叶两个组成部分进行几何简化,大幅度减少模型所需的几何要素数量。在实时渲染过程中,依据细节层次(LOD)技术对植被进行不同程度的简化并显示,从而实现大规模森林场景的实时可视化。
在枝干模型简化中,本文在多分辨率字符串算法的基础上,探索了分枝方式对LOD模型的可视化效果的影响,改进了合轴分枝枝干系统的简化方法。
在冠层模型简化中,本文提出了一种新的分层LOD模型提取方法,该方法可以高效地提取出视相关的多复杂度LOD模型。多复杂度LOD模型是指同一个LOD模型分为细节区和粗糙区,两个区域的复杂度不同。这种模型可以更进一步地减少几何绘制量。经实验验证该方法具有良好的显示效果和运算效率。
在森林场景可视化中,本文提出了一种新的动态LOD调用标准:定义衰减因子描述树木分布情况,并用该因子将初始树木的复杂度衰减到显示的需要,从而实时得到场景中植被所需要的复杂度。该算法全面考虑了植被密度和视距对植被所需细节程度的衰减影响,为动态LOD技术运用于森林场景提供了连续的复杂度标准。