[发明专利]动态三维场景虚拟地形可视性快速判别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态三维场景虚拟地形可视性快速判别方法，是一种通过正向阶段式并行扫描实现动态三维场景虚拟地形中点对点的可视性快速判别方法，属于三维图形绘制技术领域。

背景技术

地形是自然场景最重要的组成部分之一，地形渲染是真实感绘制的主要研究内容。数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）是一种离散数字地貌模型, 基于DEM的地形交互式可视化是科学可视化、飞行模拟、虚拟现实、交互式3D游戏的重要研究内容。在理论上，地形可视性判别需计算来自各个方向上顶点的遮挡关系。对于一个尺寸为n×n的高度场虚拟地形，如果一个方位角方向的所有高度场点都被认为是接收点，计算的时间复杂度将达到O（n³）。传统方法采用主要的思想是生成一条连接两个检测点的线段，也称作“视线”（Line of Sight，LOS），判断该线段与地形多边形是否相交。对于一个包含N个实体的环境，需要在每帧做O（n²）数量级的检查计算，在三维动态场景中，无法实时的检测点的可视域。如果在并行扫描的基础上，有效减少求交测试次数，则能提高可视域的判断速度，进而改进绘制速度。

在实际动态三维场景中，随着视点的变化，视点的可视域是随时发生变化的，但虚拟地形高程点之间的相对位置关系是不会发生变化的。因此，可以将高程点之间的相对位置关系通过扫描和预计算的方式存储，以减少动态场景的计算量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态三维场景虚拟地形可视性快速判别方法，该方法通过设计一个虚拟地形的代理包围盒，快速检测测试线与场景的交点；通过设计阶段式并行高度场扫描算法，预计算场景中任一点的最大视界角，有效的降低了传统扫描方法的复杂性，提高了对三维虚拟场景中虚拟地形的点对点的可视性判别效率。

本发明的技术解决方案是这样实现的：一种动态三维场景虚拟地形可视性快速判别方法，其特征在于：方法由三部分构成，第一部分针对初始虚拟地形构造代理包围盒；设计一个可见性函数，随机抽取几何图元的基本点的局部最大和最小值，通过可见性函数与用于近似检测测试线与虚拟地形的相交。

第二部分针对虚拟地形生成K条并行扫描线，计算最大视界角；将N×N的高度场剖面分成若干片段，每个片段具有一个高程值，扫描从片段初始点起，建立2N-1条线程，每条线程并行计算扫描点或高程点在当前扫描方向上的视界角；高度场设点p₀为初始扫描点，第一步扫描高程点p₁，建立p₀到高程点p₁的测试线A001，计算初始扫描点p₀的视界角B001并存储；第二步扫描高程点p₂，建立初始扫描点p₀到p₂ A002，计算视界角，并比较和的大小，如果，则更新初始扫描点p₀的视界角为 B001；依次类推，每加入一个新的扫描点，检查并更新前述各个扫描点的视界角B001。

第三部分针对最大视界角的存储与搜索，构造可视域；缓存中存储线程上每个点在该方向的最大视界角B001；为近似估算任意扫描点的视域范围，K向扫描算法分别沿K个方向并行扫描高度场，当 K=3时的8个扫描方向；最后，通过任一点的K个方向视界角B001，估计该点的可视范围信息。

所述的第一部分针对初始虚拟地形构造代理包围盒，具体步骤如下：

设场景中任意两点x和y的可见性函数为V(x,y)，点x和y之间存在的几何图元集为，对单一图元可见性函数表示为:

（1）

对于 n个几何图元集的可见性函数可表示为多个可见性函数的点乘, 即

（2）

因此，建立代理包围盒将利用近似几何图元集代替P，则近似可见性表示为公式（5.31）。

（3）

为减少P’代替P造成的判断错误, 建立以下判断及纠错措施：类型1： 且时，；类型2： 且时，；类型3： 且时，；类型4： 且时，；