[发明专利]基于平行空间的光线投射高度场可视化方法

权利要求书

1.一种基于平行空间的光线投射高度场可视化方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，对四叉树节点进行截椎裁剪，挑选出可见四叉树节点，根据可见的四叉树节点，将硬盘上相应的高度场数据块读取到内存中，用户在加载完高度场数据块后构建高度场块边界盒；

第二步，在构建了高度场块边界盒以后，对高度场块进行渲染，具体如下：

（1）开启显卡的深度测试与前向面裁剪，然后渲染高度场块边界盒，得到边界盒的背面，将边界盒背面的参数坐标                                               按照RGB的方式存储到帧缓存中；

（2）开启显卡的深度测试与背向面裁剪，然后渲染边界盒，得到边界盒的正面，将边界盒前面的参数坐标按照RGB的方式存储到帧缓存中；

第三步，在片段着色器上面，以硬件插值的世界坐标为当前光线的起点位置，然后使用当前片段的屏幕空间坐标采样背面缓存获取光线结束位置坐标，通过获取的开始与结束位置进行并行空间光线跟踪。

2.根据权利要求1所述的基于平行空间的光线投射高度场可视化方法，其特征在于通过如下公式构建高度场块边界盒：

                                           （1）

其中，d为边界地面到边界盒顶部高度，R为地球的半径，maxH为当前高度场块的最大高度值，为当前高度场块经度或纬度角的一半。

3.根据权利要求1所述的基于平行空间的光线投射高度场可视化方法，其特征在于并行空间光线跟踪的步骤如下：

1）计算迭代步骤数StepNum，并对光线进行StepNum步迭代，迭代步骤计算使用如下公式：

其中，RowSpan与ColSpan分别为：从当前块边界盒开始位置到边界盒结束位置，光线所跨域的行单元数目与列单元数目，与分别为开始点与结束点的经度，与分别为开始点与结束点的纬度坐标，为参数空间内一个纹素跨域的经度大小，为参数空间内一个纹素所跨域的纬度大小，得到了迭代步骤数StepNum，则进行StepNum步迭代；

2）从开始位置的对象空间坐标StartAO开始，将其转换到参数空间得到参数空间坐标StartAP，转换使用如下公式：

其中，R为地球半径，h为当前求解点P到地球表面的高度值，为P点的经度，为P点的纬度，x、y、z为P的对象空间坐标的三个维度；

3）在参数空间根据纹素单元大小，计算光线行进步长的参数空间增量或者，将参数空间增量或者转换到世界空间，求得对象空间光线行进的步长增量，计算方法如下：

如果StepNum等于RowSpan，则使用如下公式计算：

             

其中，，a、b、c的定义如下：

                   

             

                  

否则使用下列公式计算

                        

以上各式中A为光线迭代的开始点，B为光线迭代的当前位置，V为光线行进的对象空间方向向量；

4）通过步长求得当前光线行进的迭代位置的对象空间坐标IterBO，使用公式：；

5）将当前迭代位置的对象空间坐标IterBO，转换成参数空间位置坐标IterBP，使用如下公式：

6）对IterBP进行光线高度场相交性判断，如果相交则输出结果，否则，IterNum减1，如果IterNum减到0则退出，否则转步骤2）；

其中，使用StartAO代表光线的起点位置的对象空间坐标，用StartAP代表光线起点位置的参数空间坐标，用EndBO代表光线结束位置的对象空间坐标，用EndBP代表光线结束位置的参数空间坐标，用IterBO代表当前光线迭代位置的对象空间坐标，用IterBP代表光线当前迭代位置的参数空间坐标。