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随着人类社会的发展,城市规模逐渐扩大,三维数字城市为人们规划管理城市提供了一个高效的信息服务平台。大规模城市建筑物群的构建和渲染是三维数字城市工作中的一个不可或缺的组成部分。数字城市场景的数据渲染量大,导致了场景构建速度慢、系统资源消耗过大和视觉效果差等问题。
本文从大规模城市建筑物群的构建、场景渲染和辐射度全局光照模型三个角度出发研究大规模建筑物群的构建渲染技术,设计实现了织女星地理信息系统中三维地理信息系统工具三个基础模块,并在网通都市E网工程中得到应用。主要研究成果如下:
(1)提出了基于GIS描述信息的过程式自动建模方法,结合空间地理数据进行场景构建,减少了依靠手动建模的工作量,降低了构建复杂度,提高了场景真实感效果。
(2)针对大规模场景渲染对系统资源的过度消耗,设计了基于外存调度和场景加速的方法,提高了场景渲染能力和数据调度效率,实现了大规模建筑物场景的绘制。
(3)针对传统辐射度光照模型计算量大的问题,提出了辐射度光照的简化算法,将计算复杂度从O(N2×M2)降低到O(N×M2),使其能够应用于大规模建筑物场景的渲染,从而增强了大规模建筑物场景的真实感效果。
采用了不同规模的数据量对文中方法进行了验证,并与传统方法进行了对比实验。实验表明,当建筑物规模从1,000栋上升到20,000栋时,构造三角形量从1,552,166—33,925,486降低到174,197—1,161,330,渲染平均帧速从60.66—15.12 f/s提高到62.04—48.44f/s,加载时间从511—118570 ms降低到506—921ms,内存使用量从59.45—237.32M降低到59.25—120.59 M。本文方法提高了场景构建和渲染的性能,降低了系统资源的消耗,能够实现大规模建筑物场景的构建渲染。