相关电子沙盘的三维可视化关键技术研究

1、电子沙盘的三维可视化关键技术研究答 辩 人：邢树军指导老师：桑新柱目录致谢4研究的背景与意义1研究的问题与挑战2研究内容与创新3第一部分：研究的背景与意义背景传统实体沙盘地理信息系统电子沙盘立体显示设备狭缝光栅立体显示器柱镜光栅立体显示器集成成像立体显示器光场立体显示器可视化技术栅格图像、矢量符号、三维模型栅格化渲染技术光线跟踪渲染技术栅格化渲染2D+D四缓冲技术光线跟踪渲染光线跟踪原理图光线的生成光线的碰撞像素的着色第二部分：研究问题与挑战研究问题电子沙盘大地形及矢量线单视点高速渲染技术多视点电子沙盘立体可视化技术基于光线跟踪的电子沙盘显示效果可视化仿真技术地理信息数据在立体显示设备中实现三

2、维可视化？30m分辨率全球高程图像：251 GB5m 分辨率全球高程图像：8.82TB1m 分辨率全球高程图像：220 TB视锥体裁切技术LOD技术挑战一： 地形数据量庞大挑战二： 视点数目增多导致计算量的增大辅助式的三维显示2视点光栅立体显示器光场立体显示器9-28视点100视点以上逐视点渲染的方式：单视点分辨率一定的情况下，渲染时间会随着视点数目的增多而线性增长第三部分：研究内容与创新关键技术一：电子沙盘大地形及矢量线单视点高速渲染技术 单视点渲染技术基于细分着色的栅格化大地形渲染技术基于并行计算的实时大地形光线跟踪可视化算法二维矢量线在三维地形模型上的贴地显示优化1.根据距离进行精略层级

3、的加载，使用纹理数组预加载邻近的瓦片2.根据像素误差进行高程网格细分创新点一 细分着色器并行裂分三角网格加速地形渲染实验结果创新点二 投影光线与MIPMAP混合的加速结构实验结果基于纹理计算（BTC）的算法基于几何体计算（BGC）的算法基于矢量光线跟踪（BRC）的算法创新点三 深度信息反投影优化二维矢量线的贴地显示 1.走样2.悬空或截断现象3.效率问题BRC的算法RBSC算法关键技术二 多视点电子沙盘立体可视化技术电子沙盘视景体的设置基于深度信息的电子沙盘栅格化高速渲染方案基于光线跟踪技术的电子沙盘图像生成算法创新点四 电子沙盘视景体的双向错切设置虚拟世界现实世界视景体的矩阵表示实验结果创新

4、点五 兼容三维地理信息引擎的栅格化高速渲染框架1. 设计一个通用的场景图并行计算程序框架，将并行计算程序嵌入到现有场景图中去。程序框架应当是对渲染程序的API和并行计算API的限制最小。2. 在OSG-OpenCL场景图并行计算程序框架中，实现并行DIBR算法。叶节点回调函数嵌入法附加节点嵌入法独立的附加节点三维地理信息引擎并行DIBR算法OpenCL-OSG框架实验结果创新点六 基于光线跟踪技术的光场电子沙盘图像生成算法光场显示设备：视点数目达8100个视角范围可达40度工作在实模式下BRTCGII基元图像的特点：近小远大的反透视像BRTCGII非实时渲染算法效率对比关键技术三：基于光线跟踪

5、的显示效果可视化仿真技术狭缝光栅立体显示器的光线跟踪显示效果仿真柱镜光栅立体显示器显示效果仿真基于光线跟踪的光场显示系统显示效果仿真创新点七：利用并行光线跟踪技术实现了立体显示器显示效果的实时可视化仿真 狭缝显示器抽样与流程多重随机抖动抽样仿真结果柱镜光栅显示器的仿真碰撞检测碰撞点的求解法线的求解仿真结果光场显示仿真光场显示设备全息功能屏光学特性仿真结果集成成像仿真结果光场系统总结采用硬件加速的方法实现了大地形单视点图像的高速渲染，基中基于细分着色的栅格化渲染算法在高清分辨率下运行效率可达800fps。使用光线跟踪与传统的栅格化渲染相结合的方式实现了二维矢量线贴地的优化显示并提高了计算效率。分

6、别在光栅立体显示器和光场立体显示器中实现了超多视点的电子沙盘内容实时渲染，视点数目可达8100个，在单抽样的状态下运行帧率可达40帧。渲染效率不受视点的影响。对不同的电子沙盘显示效果进行了可视化仿真，设计者可以通过仿真结果直观地判断显示效果的优劣。论文五篇：1. Xing, Shujun, et al. Ground autostereoscopic display with new type non-uniform barrier. Optik - International Journal for Light and Electron Optics 127.13(2016):5515-55

7、19.(SCI 入藏号: WOS:000376810000063)2. Xing, Shujun, et al. Configuration of virtual cameras for ground based 360 three-dimensional display. Optik - International Journal for Light and Electron Optics 125.17(2014):4714-4717.（SCI 入藏号: WOS:000341897100027）3. Xing, Shujun, et al. Multi-projector three-dim

8、ensional display for 3D Geographic Information System. Optik - International Journal for Light and Electron Optics 139(2017):385-396. (SCI 入藏号:WOS:000402942800045)4. Xing, Shujun, et al. High-efficient computer-generated integral imaging based on the backward ray-tracing technique and optical recons

9、truction. Optics Express 25.1(2017):330. (SCI 入藏号:WOS:000402942800045)5. Xing, Shujun, et al. High-immersion three-dimensional display of the numerical computer model. 8913.5755(2013):-.（EI Accession number:20133816754112）专利七项：1. 桑新柱,邢树军等. 一种三维图像生成方法及装置P. 北京：CN106231286A,2016-12-14.2. 桑新柱,邢树军等, 一种三维

10、光场显示系统及显示参数确定方法P. 北京：CN106154566A,2016-11-23.3. 桑新柱,邢树军等. 北京：CN106154567A,2016-11-23.4. 桑新柱,邢树军等一种摄像机的设置方法及装置P. 北京：CN106060524A,2016-10-26.5. 桑新柱,邢树军,于迅博,颜玢玢,陈铎,王鹏,李晨雨,苑金辉,王葵如,余重秀. 一种视频监控方法P. 北京：CN104601950A,2015-05-06.6. 桑新柱,邢树军等 一种三维模型实时绘制与比对方法P. 北京：CN104599320A,2015-05-06.7. 桑新柱, 邢树军等北京邮电大学 , April 17, 2013:CN201210584725.0软件著作权三项：1. 北邮3