大规模地形场景实时绘制技术作为虚拟现实领域可视化研究的热门技术,现已广泛应用于军事战壕模拟、智慧城市地形建模、游戏娱乐场景模拟、医疗手术环境构建以及系统仿真、文物修复等领域。为了更好地适应快速发展的虚拟现实技术,如何优化大规模地形的渲染效果,如何提高大规模地形的渲染速度成为研究热点。在大规模地形实时渲染时,采用多层次细节模型(Level Of Detail),即LOD模型,对地形块采用自上而下、自左而右的孤立分割方式,因此,在相邻网格间出现层次不一致的现象,从而在相邻瓦片间以及瓦片内部出现缝隙,造成漫游者在虚拟场景空间漫游时出现画面突跃的现象。裂缝问题是影像画面质量的关键因素,一种合理的裂缝处理算法有助于提高地形的实时渲染效果。同时,海量数据的复杂计算对地形渲染的实时性影响颇大。因此,一种能同时保证渲染画面质量和渲染速度的算法尤为重要。曲线拟合模型将采集到的数据点拟合成适当曲线,通过控制地形网格顶点的偏移避免裂缝的产生,方法简单,处理准确。基于视点的运动预测算法根据视点情况进行运动预测,从而对可见范围的地形块数据进行实时调度,极大的节约了内存空间,提高了GPU的渲染速度。基于此,本文对已有的曲线拟合函数方法、视点运动预测方法、相关裂缝处理算法以及数据压缩算法进行了深入的学习,分析现有方法存在的利弊,将基于曲线拟合函数的裂缝处理方法与基于数据压缩的GPU加速算法相结合,实现地形的实时绘制。同时,针对大规模地形纹理映射与真实场景的差异问题,将基于埃尔米特的视点运动预测算法和纹理误差控制相结合,计算可见范围内的纹理误差,并通过多参数加权生成纹理信息,优化纹理映射效果。主要工作内容具体如下:1.通过学习大规模地形场景实时绘制相关技术,深入分析现有算法及相关研究成果,结合裂缝处理算法、地形数据压缩算法以及纹理映射算法,实现地形渲染质量提升和地形绘制速度加快的目的。2.提出一种基于曲线拟合函数的裂缝处理和基于数据压缩的GPU加速相结合的地形无缝渲染算法。利用最小二乘法构造采样数据点的曲线拟合函数,通过控制网格顶点的布局消除因层次细节变化产生的裂缝,在此基础上对仍存在的缝隙进行增加或删除边处理,达到裂缝消除的目的。结合基于埃尔米特插值算法的视点运动预测,针对不同层次细节的地形数据进行差别化有损或无损压缩,减少地形实时绘制时的数据存储量和传输量,缩短数据传输时间,加快计算机的处理速度,保证了较高的帧速率。3.提出一种基于误差控制的多分辨纹理无缝映射方法。根据当前视点位置及视线方向构造基于地形块的包围球,进行视锥裁剪,通过分辨率级别和视点情况对纹理误差进行精确控制。同时,采用基于埃尔米特的视点运动预测,以及对角度与距离的加权,生成多参数的纹理像素信息,从而更好地保证地形纹理的衔接性,完成地形纹理无缝绘制。