[發(fā)明專利]一種GPU加速的橢球裁剪圖地形渲染方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911087710.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110866964A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 季玉龍;黃操;陳懷歆;張婷婷;吳志紅;王一;周思源;龔昱寧;羅子奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T15/00
• 分類號(hào): G06T15/00;G06T15/30;G06T17/05;G06T1/20
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發(fā)明屬于地理信息技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種GPU加速的橢球裁剪圖地形渲染方法，確定橢球裁剪圖算法并且進(jìn)行改進(jìn)；通過(guò)定義兩種不同類型的失真因子，確定算法的投影方法在控制失真效果上的平衡性；在基于橢球裁剪圖算法的地形渲染管線中，將紋理影像數(shù)據(jù)的覆蓋過(guò)程從幾何處理單元中分離出來(lái)；對(duì)紋理影像數(shù)據(jù)的流化傳輸引入兩級(jí)緩存機(jī)制。本發(fā)明只需要三個(gè)數(shù)據(jù)集，很大程度上減少內(nèi)存消耗；在不影響幀率的情況下可以應(yīng)用非常高分辨率的紋理覆蓋，滿足低空飛行視角的地形呈現(xiàn)精度得到提高；解決地形數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)和處理單元之間傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，避免了卡頓。本發(fā)明具體穩(wěn)定的渲染效率、較低的系統(tǒng)開(kāi)銷和靈活適應(yīng)高分辨率紋理覆蓋的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地理信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種GPU加速的橢球裁剪圖地形渲染方法。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：

地形地貌是一種重要的地理信息，對(duì)人類的生活和實(shí)踐息息相關(guān)，有著非常關(guān)鍵的影響。為了更好地研究和利用地形，隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，人們通過(guò)構(gòu)建數(shù)字地形模型(Digital Terrain Model，DTM)、數(shù)字高程模型(DigitalElevation Model，DEM)，使用計(jì)算機(jī)對(duì)地形地貌等內(nèi)容進(jìn)行顯示、簡(jiǎn)化、仿真，地形可視化就是這樣一門學(xué)科。地形可視化的概念，是在60年代以后隨著地理信息系統(tǒng)(GIS)的出現(xiàn)而逐漸形成的。它的應(yīng)用涉及地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真、飛行模擬、土地管理與利用、氣象數(shù)據(jù)的可視化、娛樂(lè)與游戲等領(lǐng)域。由于地形可視化有著廣闊的應(yīng)用背景，伴隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的不斷發(fā)展，這門學(xué)科正在受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

飛行模擬機(jī)是為了解決飛行員訓(xùn)練問(wèn)題而設(shè)計(jì)用來(lái)模擬飛行過(guò)程的，一方面極大地提高了飛行員訓(xùn)練的安全性，另一方面大幅度降低了培養(yǎng)飛行員的經(jīng)濟(jì)成本。借助強(qiáng)大的飛機(jī)制造基礎(chǔ)，歐美國(guó)家在飛行模擬機(jī)的研發(fā)上先行一步，美國(guó)波音公司、歐洲Airbus公司針對(duì)自家的客機(jī)均有推出適配的飛行模擬機(jī)。相比國(guó)外較為成熟和完善的飛行模擬機(jī)研發(fā)技術(shù)，我國(guó)在這一技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)入較晚，國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的飛行視景仿真系統(tǒng)與國(guó)際上高等級(jí)飛行模擬機(jī)的技術(shù)要求還有一定差距。隨著我國(guó)自主研發(fā)制造的各類型飛機(jī)逐漸投入使用，我們正加緊

研制出具有自主完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的飛行模擬機(jī)。四川大學(xué)及川大智勝軟件股份有限公司通過(guò)多年努力，采用高性能的并行繪制技術(shù)，研發(fā)了支持超高仿真模型精度的三維實(shí)時(shí)渲染引擎，所構(gòu)建的飛行視景系統(tǒng)達(dá)到了國(guó)際上同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，并首次通過(guò)了中國(guó)民航飛行訓(xùn)練設(shè)備的D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定，在軍民航空飛行員和管制員的飛行訓(xùn)練當(dāng)中已經(jīng)得到成功應(yīng)用，并正逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。

飛行視景系統(tǒng)作為飛行模擬機(jī)的重要組成部分，主要作用是給飛行員提供逼真的虛擬飛行環(huán)境。它是直接與飛行員進(jìn)行視覺(jué)交互的窗口，是飛行員獲取飛行信息的最重要渠道之一，其地形仿真的功能實(shí)現(xiàn)具有非常重要的地位。

在飛行視景系統(tǒng)中，為了響應(yīng)飛機(jī)在高速飛行時(shí)的高空大范圍視角顯示，地形仿真必須具備超大的可視范圍和快速實(shí)時(shí)的響應(yīng)能力。為了提供簡(jiǎn)單而快速的實(shí)現(xiàn)，一些現(xiàn)有技術(shù)使用平面網(wǎng)格來(lái)表示地形，但是這樣忽略地球表面曲率的實(shí)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致高空和遠(yuǎn)距離視角變得非常不精確，經(jīng)測(cè)算，如果以外切角作為肉眼可視地球弧形程度的度量，當(dāng)飛機(jī)離地高度為10000m時(shí)，其弧形程度可達(dá)6.4度。另一方面，由于飛機(jī)在低空飛行時(shí)需要呈現(xiàn)足夠的地形細(xì)節(jié)，同時(shí)飛機(jī)處于較高的飛行速度(近200m/s)，這就要求地形實(shí)時(shí)渲染的算法具備極快的更新速度。