基于四叉树的lod地形模型及其数据组织方法研究

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1、基于四叉树的LOD地形模型及其数据组织方法研究姚慧敏，崔铁军，邵世新（信息工程大学测绘学院，河南郑州450052）摘要：针对大规模地形可视化中地形数据的组织方法进行了研究，设计了一种基于线性四叉树结构的静态LOD地形模型，采用重采样、分层分块的方法来组织任意格网大小的海量地形数据。在此基础上，对数据动态调度过程中的相关问题进行了分析，地形块的快速索引、边界裂缝消除等方法的运用，提高了地形漫游的效率与可视化效果。实验结果表明，该研究成果可以满足大规模地形数据的实时可视化操作要求。关键词：LOD，线性四叉树，多分辨率地形模型，金字塔模型LODTerrainModelandD

2、ataOrganizationMethodBasedonQuadtreeStructureYAOHui-min,CUITie-jun,SHAOShi-xin(InstituteofSurveyingandMapping,InformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450052,China)Abstract：Inthispaper,theauthorresearchesorganizationmethodofterraindata,anddesignsastaticLODsterrainmodelbasedonlinearquadt

3、ree,andorganizesmassiveterraindatawithdatasampling,delaminationandblockpartition.Basedontheresearches,theauthoranalyzesthemattersofdatadynamicredeployment.Theefficiencyandeffectofthemethodareincreasedwithspeedinessindexofblockandcrackselimination.Theexperimentresultsshowthatthisapproachc

4、anachieveperformanceforreal-timerenderingofmassiveterraindata．KeyWords:LevelofDetails,LinearQuadtree,MultiResolutionTerrainModel,PyramidDataModel1、引言地形的可视化是三维地理信息系统中的一个重要研究问题。近年来，图形硬件技术飞速发展，基本能够满足小范围场景实时交互绘制的需求，但仍然无法满足大规模三维场景的应用需要。从目前的研究情况看，主要从两个环节寻求改进：一是从外存储器到内存阶段，通过数据的有效组织、内外存之间的合理调度缩短

5、读取数据的时间；二是在内存中的绘制阶段，采用多分辨率模型（又称细节层次模型，LeverofDetail，简称LOD）等技术缩短绘制时间。大规模的三维场景涉及到大量的空间数据，不可能一次性调入内存，只能根据场景绘制的需要在内、外存之间动态调度。这种动态调度的思想是很容易理解的，但实现起来又有很多问题需要研究，特别是为了实现场景绘制的实时交互，需要设计合理高效的数据组织结构，并对数据调度过程进行控制和优化。这些数据如何存储，采用怎样的数据结构进行组织，对于系统最终描述场景的真实感和动态效果有着重要的影响，这也正是本文要研究的内容。2、基于四叉树的LOD地形模型2.1数据模型

6、从三维场景可视化角度而言，目前在地形的数字表达上普遍采用DEM方法。DEM常用的数据结构有：规则网格(Grid)、不规则三角网(TIN)以及两者的混合结构。其中，规则网格数据结构由于其顶点呈规则分布，只需要记录数据的基本信息和每个格网点的高程值，结构简单，操作方便，便于简化，非常适合于大规模地形数据的组织和管理。在地形场景绘制时，为了提高显示速度，目前使用比较广泛的是利用细节层次LOD技术生成同一地区的多分辨率模型，根据视点的变化，在满足显示精度要求的前提下，选择不同分辨率的模型，达到“距离越近看的越清，距离越远越模糊”的效果。金字塔是一种多分辨率层次模型，它可以直接提

7、供不同分辨率的地形数据而无需实时重采样。尽管金字塔模型增加了离线处理的时间和数据的存储空间，但能够减少地形绘制的时间。2.2地形数据的四叉树表示多分辨率模型通常采用基于树的数据结构构建。在对规则地形进行简化时，通常使用两种数据结构：二叉树和四叉树。其中，四叉树结构在表示地形上有独特的优势。首先，四叉树结构与地理坐标有天然的统一；其次，四叉树与纹理镶嵌技术可以很好地集成在一起。但n采用四叉树结构带来两个问题：一是用四叉树划分的地形节点数必须是2；二是不同层数据块之间交界处会出现地形表面的不连续。第一个问题我们可以通过重采样增加或减少地形格网