[发明专利]基于平行空间的光线投射高度场可视化方法

说明书

技术领域

本发明属于高度场可视化（渲染）技术，特别是一种基于平行空间的光线投射高度场可视化方法。

背景技术

高度场可视化（渲染）技术在地理信息系统、飞行模拟，游戏、影视等工业领域中有广泛的应用价值。

按照目前的技术，可以将高度场可视化分为两类：基于光栅化的方法和基于光线投射的方法。基于光栅化的方法，是通过将代表高度场的数字高程模型（DEM）数据转化为三角形网格，然后通过某些简化准则来减少三角形网格中三角形数目，最后将简化的三角形网格发送到图形显卡进行渲染。这种方法的一个缺点就是对低分辨率高度场效率较高，高分辨率高度场速度明显下降，另一个缺点是该方法多使用屏幕误差容忍来简化三角形网格数目（1 M. Duchaineau, M.Wolinsky, D. E. Sigeti, M. C. Miller, C. Aldrich, and M. B. Mineev-weinstein. ROAMing terrain: Real-time optimally adapting meshes. In Proceedings of IEEE Visualization, pages 81–88, 1997.），因此得到的图像多为近似的图像(F. Losasso and H. Hoppe. Geometry clipmaps: Terrain rendering using nested regular grids. In Proceedings of ACM SIGGRAPH, pages 769–776, 2004.)，精度不高，而提高精度往往会大大的降低执行的效率。基于光线投射的技术是通过以视点位置向屏幕上每一个像素处投射一条光线，然后对这条光线使用迭代的方式来查找其与高度场的交点，获取交点处对应的纹理坐标来得到最终的图像。这种方法的缺点就是对于解析率较低的数据来说，它的效率要低于基于光栅化方法，但是，它的一个重要的优点就是由于这种方法是通过对屏幕上每一个像素进行光线投射，很容易实现像素精度小于1像素的渲染（无视觉误差）（1. C. Dick, J. Kr¨uge, and R.Westerman. GPU ray-casting for scalable terrain rendering. In Proceedings of EUROGRAPHICS (Area Paper), 2009. 2.Jianxin Luo., Guiqiang Ni., Jinsong Jiang., Yifeng Duan., Guyu Hu.: Quad-tree atlas ray casting:a gpu based framework for terrain visualization and its applications. In Proceedings of The 24th International Conference on Computer Animation and Social Agents ( CASA 2011).），因此具有很高的图像精度。

按照渲染的域来分，高度场可视化方法也可以分为两类：平面高度场可视化与球形高度场可视化。平面高度场可视化方法使用平面高度场数据作为输入，最终显示的结果是在平面上。球形高度场的可视化方法是使用球形的数据作为输入，最终显示的结果是在球形域上面。由于在平面上进行高度场可视化比较容易，现有的绝大多数的方法都是平面高度场可视化的方法。而在球面上进行高度场可视化非常难，至今这个问题仍然属于一种没有很好解决的状态，仅有的方法也都是使用基于光栅化的技术（1. Cignoni P., Ganovelli F., Gobbetti E., Marton F., Ponchio F., Scopigno R.: Planet-sized batched dynamic adaptive meshes (PBDAM). In Proceedings of IEEE Visualization (2003), pp. 147–155.  2 . Clasen M., Hege H.: Terrain rendering using spherical clipmaps. In Proceedings of Eurographics/ IEEE-VGTC Symposium on Visualization (2006). ），当前尚未有基于光线投射的技术来实现球形高度场可视化的方法。

发明内容