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1、第26卷第4期海洋测绘Vol126,No142006年7月HYDROGRAPHICSURVEYINGANDCHARTINGJul.,2006基于DirectX的真实感地形实时渲染技术11,2111张立朝,申家双,郑海鹰,王宏伟,张世全(1.解放军信息工程大学测绘学院,河南郑州450052;2.海军海洋测绘研究所,天津300061)摘要:主要研究和探讨了基于DirectX的真实感地形实时渲染技术。文章在规则格网DEM基础之上,采用基于LOD的DEM多分辨率动态构网技术和多层纹理贴图方法,生成比较真实的地面景观
2、,同时添加了天空、烟雾等效果,使显示效果更加真实。生成的三维地形的渲染速度达到了20～30帧,基本上满足了实时显示的要求。关键词:地理信息系统;数字高程模型;纹理;地面景观;地表细节中图分类号:P208文献标识码:B文章编号:167123044(2006)04200422041引言随着3DGIS以及VRGIS相继提出,反映出人们认识周围环境从传统的二维思维方式转向更自然的、立体空间的思维方式的变化趋势。然而,解决基于海量数据的三维场景的实时绘制问题是实现这种转变的一大瓶颈。而地形作为地理环境的基础框架,使得
3、解决地形的实时显示问题更是首当其冲,建立实时交互的虚拟地形成为目前国内外研究的热[1]点。本文就如何生成逼真的地表景观进行了研究。Direct3D标准的图形显示过程可分为两个阶图1Direct3D的图形显示过程示意图段。第一阶段称为坐标变换和光照(transformingandlighting,T&L)。在这个阶段,通过设置一个虚2基于LOD的DEM多分辨率动态构网技术拟相机,世界空间的三维浮点坐标转换成屏幕空间以像素为单位的整数坐标(坐标变换不只是物体顶由于地形规则格网数据的特殊性,我们不需要点位置的变换
4、,它还可能包括顶点法线向量、纹理坐采用链表结构来实现四叉树,而是创建了两个数组,标等的变换),然后通过计算当时场景中的光照属一个用来存储地形的高程信息,另一个用来存储对性,赋予顶点相应的颜色值。第二阶段称为光栅化应点的分层信息,通过两次扫描数组来实现地形的处理阶段,Direct3D将经过T&L处理的顶点组织为分层和渲染。这样,既可以降低编程难度,也能提高以点、线、面为基础的图元,应用纹理贴图和物体的访问内存的效率,从而提高整体运行的速度。如图颜色属性,决定顶点(或像素点)的最终颜色值。有2、图3所示。时根据
5、特殊的需要,我们可以跳过其中的某些阶00000[3]段。整个过程如右图1所示。01000001000000000000图2对应块的分层信息收稿日期:2005211229;修回日期:2006203220作者简介:张立朝(19812),男,河南新乡人,博士研究生,主要从事军事地理信息系统研究。第4期张立朝,等基于DirectX的真实感地形实时渲染技术34201200197192190221215211215220243237234240241209210215220244189194198225247图3地形的
6、高程数据图3中的数据就是地形的高程数据,图2中的数据是对应块的分层信息,0(false)表示不需细分,1图5解决裂缝现象的示意图(true)表示需要细分。每次渲染时,我们首先将图2中的数据全部变为0(false),然后将地形的分块信息送入节点评价系统,如果需要细分,将该位置变为1(true),将该块分为四块,送入递归函数处理,否则,返回上一层。节点评价系统的参数与该块到视点的距离成正比,与该块的粗糙程度成反比:dif(>9)c图6修补上方地形块示意图如果距离与粗糙程度之比大于某一个阈值,就要修补某一块的上方
7、,就要根据该块上方的那说明该块不需要细分,否则就需要细分。一块来进行。如果上方的块可分,就要将线的中点按照上述法则扫描数组后,就可以得到地形的加入,然后看细分后下面的两块需不需要细分,如果分层信息,接下来的工作就是按照地形的分层信息需要细分,将对应的中点加入,否则,直接返回。在来渲染地形。我们按照原来的顺序再次扫描分层数图6中,因为上面的一大块可分,所以将A点加入,组,每当到达一个不需细分的节点时,如果该节点可在其分出来的下面两小块中,左边的小块可分,所以见,就使用绘制三角形扇的方法将该小块地形绘制将B点加
8、入。修补前后的图形效果图如图7所示。出来。但是这样在相邻小块的精度等级相差1倍或1倍以上时,渲染的地形会出现裂缝,如图4和5所示。这就需要对这些裂缝进行修补,其方法是在精度不同的点再加上几条线如图6所示。这样相邻的两块可以相差任意精度。图4四叉树模型中可能出现的裂缝现象图7修补前后的图形效果图44海洋测绘第26卷真实性。3真实感地形实时渲染Direct3D采用了两种方法进行雾化处理:顶点311地表细节的处理雾化和
