基于LOD的三维地形可视化

基于LOD的三维地形可视化

摘要本文根据实测地形高程差数据，运用可视化技术中的LOD建模方法绘制具有真实感的三维地形。关键词科学计算可

视化；LOD建模；四叉树

1 引言虚拟现实技术是二十世纪末才兴起

的一门崭新的综合性信息技术，它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，并且可以逼真地模拟人在自然环境中视觉、听觉、触觉及运动等行为的人机交互技术，其应用领域和交叉领域非常广泛。然而考虑到虚拟现实和交互式可视化等交互式图形应用系统

要求图形生成速度达到实时，而计算机所提供的计算能力往往不能满足复杂三维场景

的实时绘制要求，因而研究人员从软件着手提出多种图形生成加速方法，而 LOD模型就是在虚拟现实技术中经常被采用的一种加

快图形生成速度的主要方法。本文就是利用LOD模型在计算机上精确的重构了地理信息，

实现具有真实感的三维地形。

2 LOD技术概况在运用虚拟现实技术对大规模场景进行绘制时，常见的做法是用大量的三角面片来描述场景中的几何模型，随着描述场景的三角形面片的数目的增多，所绘制的图像质量会越来越高，但是绘制速度也会变得越来越慢，有时甚至会因为绘制的场景过于复杂而出现场景漫游不流畅，画面跳变等现象，这些现象都会严重影响实时绘制的效果。为了解决这一问题，从20世纪90年代初开始，研究人员就在这方面展开了大量工作，而多层次细节模型技术就是在这样的情况下提出并发展起来的。

LOD的基本原理 LOD技术作为虚拟现实技术中的图形生成加速方法，其基本原理是：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

杂性利用四叉树这种数据结构方式对原来

的网格数据进行重新划分和组合。网格地形的四叉树分层

在利用四叉树方法进行LOD建模的过程中，其关键就在于怎样对原有的网格数据进

行四叉树分层。本文所采用的四叉树分层方法是：从整个完整的地形出发，递归的把地形不断的分割成相等的四个区域，分割的深度越大，则得到的分辨率越高。如图2所示是一个地形的四叉树表示，下图中每一个正方形为四叉树的一个节点。每个节点保存了一定区域的信息，包括：经纬度，中心点的高度，边节点的高度等。图2 在网格地形的四叉树分层过程中，我们还必须建立一个节点评价系统来决定哪一个节点需要被继

续进行分割，哪一个节点已经不需要再分割了。这里我们采用两种评价标准，一个是基于视点的节点评价标准，另一个是基于曲率度量的评价标准。对于基于视点的节点评价标准而言，其基本原理就是根据观察者的视点到节点的距离来判断节点是否要被继续

划分。例如距离观察者近的地方细节越多，反之则越少。我们可以利用公式：L/dn 来判定一个节点何时需要被继续分割，何时被直接丢弃。其中L为节点的中心位置到视点的距离，d为节点的大小， n为一个可以调节的因子，n越大，细节越多。反之则细节