高新技术 Ｕ１Ｕ Ｕ． ＺＣｈｉｎａ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌ ｏ’。ｇ。。。ｉｅ。’’ｓ’’ 。ａ ’。ｎ。 ｄ’。’。。Ｐ。。ｒ。。ｏ。。 ｄ。。。。ｕ。。。—ｃｔ—ｓ
地物模型调度策略技术浅析
程鹏 高庆 金磊
（上海陆军预备役高射炮兵师第二团，上海２０１２０３）
摘要：本文针对遥感图像三维可视化应用技术，按照地面模型的规则程度，提出了相应的模型调度算法，并对算法的过程进行了描述。
关键词：地物模型；调度策略
１引言
在地形场景的绘制中，地形格网的精度和
它的栅格密度（包括大小和数量）相关，我们称 之为格网的分辨率（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）。高分辨率需要 大量的小栅格来拟合地形。但是，往往并不是地 形的所有区域都需要高的分辨率，地形的不同 区域由于离视点远近的不同而对分辨率的要 求不同。我们可以通过ＬＯＤ技术，即在不同区 域采用合适的分辨率来达到场景绘制的要求。 ＬＯＤ（Ｌｅｖｅｌ Ｏｆ Ｄｅｔａｉｌｓ）技术，即层次细节 技术其目的在于，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，从而提高绘制算法的效率。该 技术通常对原始多边形模型建立几个不同逼近 精度的几何模型，与原模型相比，每个模型均保 留了一定层次的细节。当从近处观察物体时，我 们采用精细模型，而当从远处观察物体时，则采 用较为粗糙的模型。 由视觉观察特性可知，对于空间几何物体， 观察点距离物体越远，则空间物体对于观察点 所形成的视角就越小，则物体表面的几何细节 被观察到的就越少；反之，观察点距离空间物体 越近，则物体形成的视角就越大，则物体表面的 几何细节被观察到的就越清晰。对于有些物体， 如地景模型，在空间中，即使距观察点的距离相 同，如果模型在空间中的状态不同，如旋转不同 角度，则在绘制平面上绘制结果的模型细节可 见状况也不同。由上，本节采用距离与包围盒投 影面积作为不同层次细节模型的调度策略。 ２模型调度算法描述 对于形状比较规则的物体，选用何种层次 细节模型主要与物体距观察点的距离有关。对 于这类模型，我们采用包围球的处理方法，则包 围球对观察点形成的不同视角就是选取模型 的准则，为简化运算，可将包围球视角的变化转 化为包围球半径在投影平面投影的变化。 如下图： ｆ ．－Ｑ．… ｆ 图１包围球的模型调度策略 图１中，０为观察点扩为投影平面，令Ｚｏ＝ ００ ，则包同球半径ｒ在投影平面的投影ｚ与距 观察｜ 的距离ｄ的关系式为： ，寺 投影面积ｓ为： ５：丌ｌ ： 穹 ｄ‘ 设构成空间几何体的三角形面片数为Ｍ， 则几何体网格模型的每一三角形在投影平面 的平均投影面积 约为： ＝鲁＝ 将三角形平均投影面积转换为计算机屏 幕象素个数，有：Ｌｓ Ｓｕ，其中ｋ为比例系数。 若三角形平均投影面积小于给定象素值， 显见当前模型的复杂度已超出绘制过程的需 求，可选用低复杂度的模型进行计算绘制。对于 一个空间场景，若其观察点的变化范围已知，根 据上述关系式，也可大致确定构成场景的各几 何体所需的层次细节模型的级数。对于不规则 的几何体，如地景模型，其模型有一定的延伸方 向，用包围球进行简化表示会产生较大误差，不 能进行正确的处理和有效的调度。对此，我们采 用包围盒的策略进行描述，如下图： ｔ ｆ Ａ Ｏ 图２包围盒调度策略 如上图，０为观察点 为投影平面，包围 盒的八个顶点向投影平面进行投影，设观察点 ０的空间坐标为（０’。，Ｄ），投影面位于ｚ 处，则 对于包围盒的顶点Ａ（ｘ，ｙ， ），在投影平面 上 的投影０（ ，ｖ ，ｚ ）为： ： 争 ＝ｙ争ｚ ＝ｚ。 采用分割合并的方法求这八个投影点的凸 壳多边形，所求的多边形就是包围盒在投影平 面的投影面。用贪婪算法对凸壳多边形进行三 角形分割。则包围盒在投影平面的投影多边形 的面积Ｓ为： ｓ＝∑Ｓｉ ｉ＝０ 其中ｓ 为投影多边形进行三角形分割后 每个三角形的面积。对于三角形面片数为Ｍ空 间几何体，构成几何体网格模型的每一三角形 在投影平面的平均投影面积５ 约为： ｓ ： ：攀 将三角形平均投影面积转换为计算机屏幕 象素个数，有：ｓ ＝ ，其中 为比例系数。类 似包围球的调度策略，若ｊ角形平均投影面积 小于给定象素值，则当前模型的复杂度已超出 绘制过程的需求，选用低复杂度的模型进行计 算绘制。对于一个空间场景，若其观察点的变化 范围已知，根据上述关系式，同样也可大致确定 构成场景的各几何体所需的层次细节模型的 级数。将求包围球投影面积的调度策略与求包 围盒投影面积的调度策略进行结合，先求几何 体的包围盒，若包围盒各边边长近似相等，则对 几何体采用求包围球投影面积的调度策略，包 围球半径为边长的倍，否则仍采用求包围盒面 积的调度策略。 ３模型调度算法总结
现将采用距离与投影面积进行不同层次细
节模型的调度策略进行总结如下：
步骤１：求场景几何体的包围盒；
步骤２：若包同盒各边近似相等，进行步骤
３，否则，进行步骤４；
步骤３：获取几何体包嗣球半径，求几何体
包ｆ罚球在投影平面的投影面积，转步骤７：
步骤４：求几何体包围盒各顶点在投影平
而的投影；
步骤５：求投影点的凸壳多边形，并对凸壳
多边形进行三角形剖分；
步骤６：利用剖分三角形，求凸壳多边形多
边形的面积；
步骤７：根据当前几何体的三角形面片数
和投影面积，求三角形平均投影面积；
步骤８：将三角形平均投影面积与给定精
度比较，若小于该精度，选用低复杂度的几何体
模型，否则，继续使用当前模型；
步骤９：结束。
４结束语
本文给出了一种是用于规则物体和不规则
物体两种情况下实施绘制的算法。算法的最重
要的特点是根据视点来确定分块的层次及分块
的大小，对每个分块进行由顶至下到给定精度
的剖分形成层次结构。在绘制时根据视点、视角
的大小、误差等因素实时生成连续的多分辨率
网格。在满足给定精度的前提下，减少了多分辨
率的层次模型，提高了绘制的速度。本算法易于
实现，空间复杂度较小，与传统的多分辨率地形
模型相比，相同条件下，绘制的ｊ三角形数量虽然
较多，但实时性得到了很大的提高，以显卡的工
作量来换取ＣＰＵ的计算量和内存空间，均衡系
统各部分的负载，从而使系统的性能达到最优。
经实验证明，本算法具有较高的使用价值。
参考文献
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Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｒｍ，１９９４，ｇ圆：
１３４１
作者简介：程鹏，男，１９７９年生，安徽芜湖
人，硕士．上海陆军预备役高射炮兵师股长，主
要研究方向为数字地形学、网络安全技术和Ａｄ
Ｈｏｃ网络安全及其路由协议优化。
中国新技术新产品 一１１—