地物模型调度策略技术浅析

一
节模 型的调度策略进行 总结 如下 ： 步骤 １求场 景几 何体的包 围盒 ； ： 步骤 ２若包 同盒各边近 似相等 ， ： 进行 步骤 ３ 否则 ， 行步骤 ４ ， 进 ； 步骤 ３ 获取几何 体包嗣球半 径 ， ： 求几 何体 包 ｆ球在投 影平 面的投影面积 ， 罚 转步骤 ７ ： 步骤 ４ ：求几何体 包 围盒各顶 点在投 影平
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地 物模 型 调 度策 略技 术浅 析
程 鹏 高 庆 金 磊
１引言
在地 形场景 的绘制 中 ， 地形 格 网的精度 和 它 的栅格 密度 （ 包括 大小 和数量 ） 相关 ， 我们 称 之 为格网 的分辨 率（ ｓｌ ｉ ） ｒ ｏ ｔ ｎ。高分辨率需 要 ｅ ｕｏ 大量 的小栅 格来拟合地形 。 是 ， 但 往往并不是 地 形 的所有 区域都需要高 的分辨率 ，地形 的不 同 区域 由于离 视点 远 近 的不 同而对 分 辨率 的 要 求 不同。我们可 以通过 Ｌ Ｄ技术 ， Ｏ 即在不 同区 域采用合适 的分辨率来达 到场景绘制 的要求 。 Ｌ Ｄ（ ｅ ｅ Ｏ ｅａｌ） 术 ， Ｏ Ｌ ｖｌ ｆＤ ｔｉ 技 ｓ 即层 次 细节 技术其 目的在于 ，在不影 响画面视觉效果 的条 件下 ，通过逐次 简化景物 的表 面细节来减少场 景 的几何 复杂 性， 从而提高绘制算 法的效率 。 该 技术通常对 原始多边形模 型建 立几个不 同逼 近 精度 的几 何模型 ， 与原模型相 比， 每个 模型均保 留了一定层 次的细节 。 当从 近处观察物体 时 ， 我 们采用精 细模型 ， 当从远处 观察 物体时 ， 而 则采 用较 为粗糙 的模型 。 由视 觉观察特性可知 ， 于空间几何物体 ， 对 观察点距离 物体越远 ，则空 间物体对于观察点 所形成 的视角就越小 ，则物体 表面的几何细 节 被 观察到的就越少 ； 反之 ， 观察点距 离空间物体 越近 ， 则物体形 成的视角就越 大 ， 物体表面 的 则 几何 细节被观察到 的就越 清晰 。 对于有些 物体 ， 如地景模 型 ， 空间 中， 在 即使距观察点 的距离相 同， 如果模 型在空间 中的状态不 同 ， 如旋转不 同 角度， 则在绘 制平 面上绘制 结果 的模型 细节 可 见状 况也 不 同。 由上 ， 采用距离与包 围盒投 本节 影 面积作 为不同层次细节模 型的调度策略 。 ２模型调度算 法描述 对于形 状 比较 规则 的物体 ， 用何 种层 次 选 细 节模型主要与物体距 观察点的距离有关 。对 于这 类模 型 ， 我们采用包 围球 的处理方法 ， 包 则 围球 对观 察点形 成 的不 同视 角 就是 选 取模 型 的准则 ， 为简化运算 ， 可将包 围球 视角的变化 转 化 为包围球半径在投影平 面投影 的变化 。 如下 图：
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作 者简 介 ： 鹏 ， ，９ ９年 生 ， 程 男 １７ 安徽 芜湖 人 ， 士． 硕 上海 陆军预备役 高射 炮兵 师股 长 ， 主 要 研 究方向为数 字地形 学 、 网络安全技 术和 Ａ ｄ Ｈｏ ｃ网络 安 全 及 其 路 由协 议 优 化 。
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一１ — １
若三 角形平 均投 影面积小 于 给定象 素值 ， 显 见 当前 模型 的复 杂 度 已超 出绘 制过 程 的需 求， 可选用低复 杂度 的模型进行计算绘 制 。 于 对 个空间场景 ， 观察点 的变化 范围 已知 ， 若其 根 据 上述关系式 ，也 可大致确定构成场 景的各几 何体 所需的层次 细节模型的级数 。对 于不规则 的几何体 ， 如地景模 型 ， 型有一定 的延 伸方 其模 向， 用包 围球 进行简化 表示 会产生较大误 差 ， 不 能进 行正确 的处理 和有效的调度 。 对此 ， 我们采 用包 围盒的策略进 行描述 ， 如下 图 ：
１ 李志林 ， 庆． 字 高程 模型 ， 汉测绘 科技 ３ １ 朱 数 武 大学 出版社 ，０ ０ ２０ 『 莫怀 才， 勤． 拟战场视 景仿 真 ， ４ １ 冯 虚 测控技 术 ，
１ ９ ９ ９６
【Ｄｅ Ｆｏｉｎ，ａ ｌ Ｍ ａｉｏＶｉｂｌｙ ａ ｏｉ ｍ ５ ｌｒ ｉ ｏａ Ｊ ａ Ｐ ｇ］． ｓ ｉｔ ｌ ｒｈ ］ ｉ ｉ ｇ ｔ ｏ ｔａ ｇ ｌ ｅ ｄｇｔｌ ｅｒｉ ｍｏ ｅ ． Ｉｔ ｎ ｒ ｎ ｕａ ｄ ｉｉ ｔｒ ｎ ｉ ｔ ａ ａ ｄ￣ ｎ．Ｊ Ｇｅ ｇａ ｈｃｌＩｆｒ ｔ ｎ Ｓ ｓ ｒ １ ９ ，ｇ圆： ｏ ｒｐ ｉａ ｎｏｍａｉ ｙｔ ｍ， ９ ４ ｏ ｅ
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采用 分割合并 的方法求这八个投影点 的凸 壳 多边形 ，所求 的多边形就是包 围盒 在投影平 面的投影面 。用 贪婪 算法对 凸壳 多边 形进行三 角形分割 。则包 围盒在投影平 面的投影多边形
的面积 Ｓ为 ：
ｓ ＝∑Ｓ ｉ
ｉ ＝ ０
社 ．９ ５ １９ ．
的剖分形成 层次结构 。 在绘制 时根据视点 、 视角 的大小 、误差等 因素实时生成连续 的多分 辨率 网格 。 满足给定精度 的前提下 ， 少了多分辨 在 减 率 的层次模 型 ， 提高了绘制 的速度 。 本算 法易于 实现 ， 空间复杂度较 小 ， 与传统的多分辨率 地形 模型相 比 ， 同条件 下 ， 相 绘制的ｊ角形数量 虽然 三 较多 ， 但实时性 得到了很大 的提高 ， 以显卡的工 作量来换 取 Ｃ Ｕ的计算 量和 内存空 间 ， Ｐ 均衡系 统各部分 的负载 ， 而使系统 的性能 达到最优 。 从 经实验证 明 ， 算法具有较高 的使用价 值 。 本
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围球 半径为边长 的 倍 ， 否则仍采用 求包 围盒 面 积 的调度 策略。 将 三角形 平均 投 影 面积转 换 为计 算 机屏 ３模型调度算 法总结 幕象素个数 ， ： Ｓ ， 中 ｋ 比例 系数。 有 Ｌ ｓ ｕ其 为 现将采用距离与投 影面积进行不 同层次 细
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投影 面积 ｓ ： 为
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设 构成空 间几何 体的三 角形 面片数 为 Ｍ， 则 几何体 网格 模 型 的每一 三 角形 在投 影 平 面 的平均投影 面积 约为 ：
将三角形平 均投影面积转 换为计算机屏幕 象素个数 ， ： ＝ 有 ｓ ， 中 为 比例系数 。 其 类 似包 围球 的调度策略 ， 若ｊ 角形平均投影 面积 小于 给定 象素值 ，则 当前模 型的复杂度 已超 出 绘 制过程 的需求 ， 用低 复杂度 的模 型进行 计 选 算绘制 。 对于一个空 间场 景 ， 若其观察点 的变化 范 围已知 ， 据上述关 系式 ， 根 同样也 可大致确 定 构 成场 景 的各 几何 体所 需 的层 次细 节模 型 的 级数 。将求 包围球投影 面积的调度策 略与求 包 围盒投影 面积 的调度 策略进行结合 ， 先求 几何 体 的包围盒 ， 若包 围盒各 边边长近似相 等 ， 则对 几 何体采 用求包 围球 投影面 积的调度 策 略 ， 包
其 中 ｓ为投 影 多边形 进行 三 角形 分 割后 每个三角形 的面积 。 对于三角形 面片数为 Ｍ 空 参 考 文 献 间几何体 ，构成 几何体 网格模 型的每一三角形 【唐 泽圣等． １ １ 计算机 图形学基 础 ， 清华 大学 出版
在投影平 面的平均投影 面积 ５ 约为 ：
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ｆ孙 家广， 长贵计 算机 图形 学 ， ２ 】 杨 清华 大学 出版
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图 １ 包 围球 的模 型调 度 策略 图 １ ０为观察 点 扩 为投影 平面 ， Ｚ＝ 中， 令 ｏ ０ ０， 则包 同球半 径 ｒ 在投影 平 面的投影 ｚ 与距 观察｜ 的距离 ｄ的关系式为 ：
（ 海 陆军 预 备 役 高 射 炮 兵 师 第 二 团 ， 海 ２ １ ０ ） 上 上 ０ ２３
摘 要 ： 文针 对遥 感图像 三维可视化应用技术 ， 本 按照地面模型 的规 则程度 ， 出了相应 的模 型调度 算法 ， 提 并对算法的过 程进行 了描述 。 关键词 ： 地物模 型； 调度 策略
而的投影 ； 步骤 ５求 投影点 的凸壳 多边 形 ， ： 并对 凸壳 多边形进行三角形 剖分 ； 步骤 ６利 用剖分 三角形 ， 凸壳 多边形 多 ： 求 边 形 的面积 ；
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步骤 ７ ：根据 当前 几何体 的三角形面 片数 和投影面积 ， 三角形平均投影面积 ； 求 步骤 ８ ：将三角形平 均投影 面积与给定 精 度 比较 ， 若小于该精 度 ， 用低复杂度 的几何 体 选 模型 ， 否则 ， 继续使用 当前模型 ； 图 ２ 包 围盒调度 策 略 步骤 ９结束 。 ： 如上 图， ０为观察点 为投影平 面 ，包 围 ４结束语 盒 的八个顶点 向投 影平面进行投影 ， 观察点 设 本文 给出了一种是用于规则 物体 和不规则 ０的空间坐标 为（’ Ｄ ， ０ ，） 。 投影面位 于 ｚ 处 ， 则 物体两种情况下 实施绘制的算法 。算 法的最重 对 于包 围盒 的顶点 Ａ ｘｙ ） 投影平 面 上 要的特点是根据 视点来确定分块 的层 次及分块 （，， ， 在 的投影 ０ ， ｚ） ： （ ｖ， 为 的大小 ，对每个分块 进行 由顶至下到 给定 精度