[发明专利]一种毫秒级实时的大规模动态地形绘制方法

说明书

本发明公开了一种毫秒级实时的大规模动态地形绘制方法，其步骤包括：1)高程更新：对于虚拟环境中地形的高程数据变化区域内每一分辨率r的分辨率块b，计算块b下需要修改分辨率块粗糙度d2值的网格范围；如果r是最高分辨率，则对于需要修改d2值的每一块b，计算块b的d2值；如果r不是最高分辨率，则计算该块b的d2值以及与相关块的d2值，将d2最大值作为该块b的d2值；2)纹理更新：计算动态变化地形的图像范围并对齐，从libMini库中获取最高分辨率图像数据；然后对图像进行解压缩和修改后重新压缩；最后使用修改后的最高分辨率图像创建待处理虚拟环境中其他所有区域的图像，完成虚拟环境的绘制。

技术领域

本发明属于地形可视化领域，具体涉及基于libMini毫秒级自底向上实时的动态地形绘制算法，该算法包括动态地形高程更新算法和纹理更新两项技术。

背景技术

地理信息系统、虚拟战场环境、模拟训练系统、室外场景游戏等多种应用中都需要地形可视化功能。许多静态地形可视化算法已经发表，如实时连续细节级绘制算法、递进网格算法、实时优化自适应网格算法(ROAM)和基于大规模地形的视相关快速实时生成算法。随着各种仿真应用对实时交互、仿真各实体实时交互作用和高逼真度实时虚拟环境构设需求的日益提高，动态地形实时可视化的研究变得越来越重要。

本发明主要针对动态地形可视化算法的研究。在战场模拟或其他情况下，由于三维模型与地形的相互作用，地形的高程数据和图像数据都会发生变化，例如，爆炸会迫使地面塌陷，暴露出与地面外观不同的深层土壤，从而限制车辆在现场的移动。为了解决这个问题，无数专家学者发明了一些动态地形绘制的方法。

Robert描述了一个地面模型，并解释了动画中的角色是如何使这些地面变形的。但是他们的地面模拟模型是一个基于统一分辨率的高度场，不能扩展到大规模的地形场景。

Shamir提出了一种多分辨率动态网格算法，该算法主要针对复杂的几何对象而不是大规模地形。他们使用有向无环图(DAG)来表示层次结构，并在对象在时间步上发生变形时更新DAG，形成T-DAG。这种相对昂贵的T-DAG更新限制了对对象的在线修改。

通过对ROAM的扩展和DEXTER(动态分辨率扩展)的使用，研究人员He提出了一种动态地形可视化算法。但其方法结合了地形变形的假特性，没有考虑地形的物理模型。他们只处理相对较小规模的地形。他们的地形被划分为不同的区域，但没有处理区域之间的连续性。

最近，Cai等人基于ROAM实现了一种在战场环境中绘制弹坑的动态地形方法，但没有解决该方法如何在实时环境中平滑运行的问题。Shiben利用现代GPU的强大功能，开发了一个大型地形实时绘制和操作系统，他们的系统在1024×1024块上实现了250微秒的地形变形。然而，该系统性能只能在GPU的帮助下才能达到，成本很高。

Reetlger等人提出了一种新的层次细节(LOD,Level of Detail)技术并形成了开源的libMini地形渲染库，虚拟地形工程并在开源地形软件(Virtual Terrain Project，VTP)中得到了应用，取得了很好的效果。但是，该库在处理动态地形时需要重复在预处理阶段时所做的大量计算，消耗了大量时间，从而无法满足实时性需求。

发明内容

针对上述问题，本发明目的是提供一种基于libMini库毫秒级自底向上实时的动态地形绘制方法，该方法主要包括高程更新和纹理更新。通过借鉴局部更新的思想，有效利用了原有计算数据，正确的局部更新了计算数据，减少了在地形动态变化时大量的重复计算；为了增加仿真的真实感，更新地理纹理来进行纹理贴图，更生动形象的表现了动态地形变化，实现了良好的LOD连续性和渲染效果，并在VTP和AquaNox游戏中得到了很好的应用。

本发明采取的技术方案是：

一种毫秒级实时的大规模动态地形绘制方法，其步骤包括：