[发明专利]一种GPU加速的椭球裁剪图地形渲染方法

说明书

本发明属于地理信息技术领域，公开了一种GPU加速的椭球裁剪图地形渲染方法，确定椭球裁剪图算法并且进行改进；通过定义两种不同类型的失真因子，确定算法的投影方法在控制失真效果上的平衡性；在基于椭球裁剪图算法的地形渲染管线中，将纹理影像数据的覆盖过程从几何处理单元中分离出来；对纹理影像数据的流化传输引入两级缓存机制。本发明只需要三个数据集，很大程度上减少内存消耗；在不影响帧率的情况下可以应用非常高分辨率的纹理覆盖，满足低空飞行视角的地形呈现精度得到提高；解决地形数据在存储介质和处理单元之间传输的瓶颈问题，避免了卡顿。本发明具体稳定的渲染效率、较低的系统开销和灵活适应高分辨率纹理覆盖的精度。

技术领域

本发明属于地理信息技术领域，尤其涉及一种GPU加速的椭球裁剪图地形渲染方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

地形地貌是一种重要的地理信息，对人类的生活和实践息息相关，有着非常关键的影响。为了更好地研究和利用地形，随着计算机图形学的发展，人们通过构建数字地形模型(Digital Terrain Model，DTM)、数字高程模型(DigitalElevation Model，DEM)，使用计算机对地形地貌等内容进行显示、简化、仿真，地形可视化就是这样一门学科。地形可视化的概念，是在60年代以后随着地理信息系统(GIS)的出现而逐渐形成的。它的应用涉及地理信息系统、虚拟现实、战场环境仿真、飞行模拟、土地管理与利用、气象数据的可视化、娱乐与游戏等领域。由于地形可视化有着广阔的应用背景，伴随着计算机科学、现代数学和计算机图形学的不断发展，这门学科正在受到国内外学者越来越广泛的关注。

飞行模拟机是为了解决飞行员训练问题而设计用来模拟飞行过程的，一方面极大地提高了飞行员训练的安全性，另一方面大幅度降低了培养飞行员的经济成本。借助强大的飞机制造基础，欧美国家在飞行模拟机的研发上先行一步，美国波音公司、欧洲Airbus公司针对自家的客机均有推出适配的飞行模拟机。相比国外较为成熟和完善的飞行模拟机研发技术，我国在这一技术领域进入较晚，国内开发的飞行视景仿真系统与国际上高等级飞行模拟机的技术要求还有一定差距。随着我国自主研发制造的各类型飞机逐渐投入使用，我们正加紧

研制出具有自主完全知识产权的飞行模拟机。四川大学及川大智胜软件股份有限公司通过多年努力，采用高性能的并行绘制技术，研发了支持超高仿真模型精度的三维实时渲染引擎，所构建的飞行视景系统达到了国际上同类产品的先进水平，并首次通过了中国民航飞行训练设备的D级标准认定，在军民航空飞行员和管制员的飞行训练当中已经得到成功应用，并正逐步替代进口产品。

飞行视景系统作为飞行模拟机的重要组成部分，主要作用是给飞行员提供逼真的虚拟飞行环境。它是直接与飞行员进行视觉交互的窗口，是飞行员获取飞行信息的最重要渠道之一，其地形仿真的功能实现具有非常重要的地位。

在飞行视景系统中，为了响应飞机在高速飞行时的高空大范围视角显示，地形仿真必须具备超大的可视范围和快速实时的响应能力。为了提供简单而快速的实现，一些现有技术使用平面网格来表示地形，但是这样忽略地球表面曲率的实现会导致高空和远距离视角变得非常不精确，经测算，如果以外切角作为肉眼可视地球弧形程度的度量，当飞机离地高度为10000m时，其弧形程度可达6.4度。另一方面，由于飞机在低空飞行时需要呈现足够的地形细节，同时飞机处于较高的飞行速度(近200m/s)，这就要求地形实时渲染的算法具备极快的更新速度。