杜 君，梁 強(qiáng)，姚凡凡

(裝甲兵工程學(xué)院裝備指揮與管理系，北京100072)

虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中地形可視化的數(shù)據(jù)通常來(lái)自于真實(shí)地形采樣的數(shù)據(jù)，以滿足模擬訓(xùn)練和虛擬對(duì)抗對(duì)虛擬環(huán)境的逼真性要求。目前，基于場(chǎng)景圖系統(tǒng)的虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，在足夠硬件的支持下理論上可以處理全球規(guī)模的高分辨率地形數(shù)據(jù)，但是海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸和預(yù)處理仍將給系統(tǒng)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。此外，真實(shí)采樣數(shù)據(jù)源分辨率固定，提供的細(xì)節(jié)程度有限，遠(yuǎn)不能滿足視點(diǎn)近距離觀察地表時(shí)對(duì)細(xì)節(jié)表現(xiàn)的要求。為此，在基于真實(shí)數(shù)據(jù)的地形可視化方法的基礎(chǔ)上，引入實(shí)時(shí)程序合成的方法來(lái)增加表面細(xì)節(jié)、表現(xiàn)任意精細(xì)的地表特征是一種有效的方法［1-3］。

1 程序化地形細(xì)節(jié)生成原理

虛擬地形的構(gòu)成要素主要有地形網(wǎng)格、地表紋理、植被、道路、水域以及諸如巖石、碎塊等細(xì)小特征，如圖1所示，虛擬地形的逼真度主要取決于這些要素的完備性和分辨率。目前，在真實(shí)地形數(shù)據(jù)采集方面，受獲取手段和成本因素的制約，不論從類型還是精度，獲取的地形數(shù)據(jù)都不能滿足全要素高分辨率地形的可視化需求，突出表現(xiàn)在3個(gè)方面:1)DEM(Digital Elevation Model)數(shù)據(jù)分辨率固定，提供的細(xì)節(jié)程度有限，無(wú)法描述地形的局部細(xì)節(jié)特征;2)影像數(shù)據(jù)量巨大，大范圍高分辨率的影像數(shù)據(jù)將給圖形系統(tǒng)帶來(lái)沉重的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性;3)數(shù)據(jù)描述能力有限，缺乏對(duì)一些具有隨機(jī)散布特性的地表細(xì)小物體的描述。

圖1 虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境地形的構(gòu)成要素

基于以上問(wèn)題，采用真實(shí)地形數(shù)據(jù)與程序化地形細(xì)節(jié)生成相結(jié)合的方式是提高虛擬地形逼真度的主要手段。由于計(jì)算機(jī)的硬件處理能力還無(wú)法滿足大規(guī)模復(fù)雜場(chǎng)景的實(shí)時(shí)渲染，因此在對(duì)地形細(xì)節(jié)進(jìn)行生成時(shí)，需要控制細(xì)節(jié)合成的范圍與計(jì)算的復(fù)雜度，以確保渲染的實(shí)時(shí)性。目前，多分辨率 LOD(Level Of Detail)算法被證明是解決大規(guī)模高精度虛擬地形實(shí)時(shí)可視化行之有效的方法，它充分利用了場(chǎng)景的復(fù)雜度與人眼的視覺(jué)感知規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系，動(dòng)態(tài)自適應(yīng)地調(diào)節(jié)地形不同區(qū)域、不同要素的細(xì)節(jié)表現(xiàn)程度，實(shí)現(xiàn)了渲染逼真性與實(shí)時(shí)性的均衡。程序化地形細(xì)節(jié)生成的實(shí)質(zhì)是:在多分辨率LOD繪制框架下，通過(guò)程序化方法生成局部地形細(xì)節(jié)，并與真實(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)造的地形模型進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)視相關(guān)的地表細(xì)節(jié)可控生成，如圖2所示。

圖2 LOD地形渲染框架下程序化地形細(xì)節(jié)生成框架

由圖2可知:在整個(gè)多分辨率LOD繪制過(guò)程中，程序化地形細(xì)節(jié)生成可分為地形幾何細(xì)節(jié)生成、地形紋理動(dòng)態(tài)合成以及細(xì)小地物散布3個(gè)部分，地形幾何、地形紋理以及地表細(xì)小物體的配合就能表現(xiàn)更為逼真的地形細(xì)節(jié)。

2 基于fBm模型的幾何細(xì)節(jié)實(shí)時(shí)生成

分形和基于物理侵蝕是計(jì)算生成幾何細(xì)節(jié)常用的2種方法。相對(duì)于物理侵蝕的仿真方式，分形不僅能夠表現(xiàn)自然界中具有不規(guī)則形狀的物體模型，而且更易于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，是虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中細(xì)節(jié)合成的主要方法。對(duì)于分形，目前還沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格統(tǒng)一的數(shù)學(xué)定義，粗略地講，分形是具有任意小尺度比例細(xì)節(jié)的，某種意義下自相似的圖形或結(jié)構(gòu)的總稱［4］。分形的這種自相似性能夠代表一種有規(guī)律的隨機(jī)現(xiàn)象或過(guò)程，非常適合對(duì)自然界中存在的不規(guī)則景物進(jìn)行狀態(tài)描述。

2.1 分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)模型

分?jǐn)?shù)布朗運(yùn)動(dòng)(fractional Brownian motion，fBm)最初是分形幾何的創(chuàng)始人Mandelbrot基于高斯隨機(jī)過(guò)程提出的［5］，是布朗運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型的拓展。在此基礎(chǔ)上，F(xiàn)ournier等［6］提出了通過(guò)估計(jì)隨機(jī)分布的期望和方差來(lái)近似獲得任意布朗運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)中點(diǎn)位移法，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了fBm模型的程序化采樣點(diǎn)解算。該方法的核心思想是在經(jīng)典的精確圖元基礎(chǔ)上，通過(guò)疊加隨機(jī)的分形擾動(dòng)以生成分形圖形?；诖?，可將地形網(wǎng)格細(xì)節(jié)合成過(guò)程分為網(wǎng)格細(xì)分和細(xì)節(jié)擾動(dòng)2個(gè)階段，其中:前者用于增加新數(shù)據(jù)點(diǎn)，以擴(kuò)充地形網(wǎng)格的分辨率;后者用于為新數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算細(xì)節(jié)擾動(dòng)，以隨機(jī)分形的方式增加表面的幾何細(xì)節(jié)。

2.2 地形網(wǎng)格細(xì)分

地形網(wǎng)格細(xì)分是以真實(shí)的地形采樣點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過(guò)局部細(xì)分來(lái)增加模型的頂點(diǎn)數(shù)目，為隨機(jī)分形提供表面基礎(chǔ)。在多分辨率LOD繪制框架下，對(duì)于規(guī)則的四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)，地形網(wǎng)格應(yīng)以二倍率的方式實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充。最簡(jiǎn)單的方法是:在運(yùn)行期間，根據(jù)網(wǎng)格精度的需要，動(dòng)態(tài)地對(duì)層次細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的局部葉節(jié)點(diǎn)進(jìn)行逐次擴(kuò)充，并通過(guò)線性插值獲得新增網(wǎng)格的高程值，直到達(dá)到所需的網(wǎng)格精度。對(duì)于規(guī)則的網(wǎng)格，只要相鄰網(wǎng)格的分辨率之差大于1，就會(huì)造成網(wǎng)格間T連接的問(wèn)題。相鄰網(wǎng)格分辨率之差越大，T連接點(diǎn)就越多。為了消除相鄰網(wǎng)格間的T連接，需要建立一個(gè)從高分辨率到低分辨率的過(guò)渡區(qū)域，如圖3中的灰色區(qū)域，它是用于將低分辨率網(wǎng)格與高分辨率網(wǎng)格進(jìn)行匹配的特殊網(wǎng)格，可用的構(gòu)建方法通常有2種:1)對(duì)過(guò)渡區(qū)內(nèi)所有的頂點(diǎn)進(jìn)行局部重新構(gòu)網(wǎng)，生成的網(wǎng)格通常是不規(guī)則的;2)采用限制四叉樹(shù)的方式將較高的分辨率向過(guò)渡區(qū)進(jìn)行擴(kuò)展。

圖3 不同分辨率網(wǎng)格之間的過(guò)渡區(qū)域構(gòu)建方法

在多分辨率LOD繪制框架下，網(wǎng)格細(xì)分過(guò)程是由視相關(guān)精化判斷準(zhǔn)則控制的，網(wǎng)格的細(xì)分需要滿足漸進(jìn)性和可逆性，方法1)顯然不滿足上述要求，因而不適用于幾何細(xì)節(jié)的實(shí)時(shí)生成。

2.3 細(xì)節(jié)擾動(dòng)計(jì)算

在網(wǎng)格細(xì)分?jǐn)U充地形分辨率的基礎(chǔ)上，采用程序化的方法為新增的數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算隨機(jī)擾動(dòng)，以生成幾何細(xì)節(jié)?；诟咚闺S機(jī)分布的擾動(dòng)量生成是分形計(jì)算中廣泛采取的一種方法，其計(jì)算的擾動(dòng)量可視為包含不自然的高頻分量的高斯白噪聲。而Perlin噪聲是一種高頻受限的自然噪聲生成方法，可視為一種平滑的偽隨機(jī)數(shù)生成器，能夠根據(jù)指定的輸入產(chǎn)生較為自然的一致性較好的隨機(jī)量。

將不同頻率的經(jīng)典噪聲函數(shù)迭代疊加，可構(gòu)成具有分形幾何特征的分形 Perlin噪聲函數(shù)。設(shè)Noise()為經(jīng)典Perlin噪聲函數(shù)，則

式中:p為指定的采樣點(diǎn);k0為起始噪聲函數(shù)的頻率;N為分形迭代的次數(shù)，反映細(xì)節(jié)的精細(xì)程度。圖4(b)中的二維分形面即由圖4(a)中的6個(gè)頻率依次提高、振幅依次遞減的Perlin噪聲面疊加合成。不同頻率、振幅的Perlin噪聲面組合將導(dǎo)致生成不同類型的分形面，因而基于Perlin分形面的細(xì)節(jié)擾動(dòng)計(jì)算可以模擬不同地貌、細(xì)分等級(jí)的幾何細(xì)節(jié)，使合成的細(xì)節(jié)在整體上與自然的分形特征保持一致。

2.4 分形細(xì)節(jié)與視相關(guān)LOD的集成

針對(duì)多分辨率LOD算法的自適應(yīng)特性，細(xì)節(jié)合成與視相關(guān)LOD算法框架的集成，可采用動(dòng)靜結(jié)合的雙層自適應(yīng)層次結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其基本思路是將原始高程數(shù)據(jù)集構(gòu)成的層次地形塊作為靜態(tài)節(jié)點(diǎn)常駐內(nèi)存。當(dāng)視點(diǎn)位置更新時(shí)，以視相關(guān)精化判斷準(zhǔn)則為依據(jù)對(duì)靜態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷，當(dāng)其網(wǎng)格分辨率無(wú)法滿足細(xì)節(jié)表現(xiàn)要求時(shí)，遞歸執(zhí)行網(wǎng)格細(xì)分和細(xì)節(jié)擾動(dòng)計(jì)算，實(shí)時(shí)擴(kuò)展四叉樹(shù)層次結(jié)構(gòu)。這些新生成的節(jié)點(diǎn)作為動(dòng)態(tài)節(jié)點(diǎn)以緩存機(jī)制進(jìn)行管理，與原始靜態(tài)節(jié)點(diǎn)層次共同構(gòu)成地形的網(wǎng)格數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)。

圖4 二維Perlin分形面合成

在構(gòu)建雙層自適應(yīng)層次結(jié)構(gòu)中，關(guān)鍵的問(wèn)題是確定細(xì)節(jié)合成的判斷準(zhǔn)則，同時(shí)，為了控制場(chǎng)景的復(fù)雜度，這一準(zhǔn)則也需要與地形的LOD控制策略相兼容。在多分辨率LOD算法中，一般將地形網(wǎng)格的空間誤差作為判斷依據(jù)，但對(duì)于合成的地形，其空間誤差必然與生成細(xì)節(jié)時(shí)的擾動(dòng)計(jì)算相關(guān)，而擾動(dòng)是隨機(jī)的，因此，較為精確地計(jì)算動(dòng)態(tài)地形塊的誤差是相當(dāng)困難的?？紤]到細(xì)節(jié)擾動(dòng)的隨機(jī)特性，動(dòng)態(tài)地形塊的誤差值可由估計(jì)的方式獲得，具體的方法根據(jù)具體的應(yīng)用進(jìn)行靈活設(shè)置。

3 基于樣本的實(shí)時(shí)紋理合成

紋理模型是真實(shí)感場(chǎng)景不可或缺的一個(gè)組成部分。對(duì)于大規(guī)模的地形場(chǎng)景，紋理數(shù)據(jù)量通常是網(wǎng)格模型的數(shù)10倍。鑒于龐大的紋理數(shù)據(jù)管理比較困難，同時(shí)多分辨率紋理間的拼接很難在算法效率和拼接效果上達(dá)到很好的平衡，近年來(lái)很多學(xué)者提出了地形紋理合成技術(shù)［7-9］，其中，多樣本紋理合成技術(shù)由于其簡(jiǎn)單高效，且能夠依據(jù)地表特征分布實(shí)時(shí)生成地形紋理，因而得到了廣泛的應(yīng)用。

3.1 基于樣本的紋理合成基本原理

紋理投射技術(shù)是實(shí)現(xiàn)基于樣本的紋理合成的關(guān)鍵技術(shù)，其可以簡(jiǎn)單地理解為:在渲染過(guò)程中將多個(gè)不同紋理的顏色依次混合，最終渲染到同一物體表面的技術(shù)。該技術(shù)可以充分發(fā)揮當(dāng)前圖形卡的多紋理渲染能力，其過(guò)程如圖5所示。

圖5 紋理投射過(guò)程

各樣本紋理是按次序逐層混合的，并且都是獨(dú)立進(jìn)行的，紋理顏色的混合過(guò)程可表示為

式中:Pn為第n層紋理的像素值;P0為默認(rèn)的樣本紋理，一般表示地形表面分布最廣的紋理成分;n為第An層樣本紋理像素的透明度，當(dāng)An=1時(shí)，樣本紋理的像素被完全映射到平面上，而當(dāng)An=0時(shí)，紋理像素將被完全過(guò)濾。

為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，可定義若干個(gè)Alpha圖作為樣本紋理的蒙版，用Alpha圖的4個(gè)通道(R，G，B，A)分別表示4種樣本紋理的顯示透明度，通過(guò)在［0，255］之間設(shè)置不同的混合比例，可以實(shí)現(xiàn)樣本紋理之間的平滑過(guò)渡。對(duì)一定區(qū)域的地形而言，紋理的構(gòu)成成分通常是有限的幾種，如草地、泥土、沙石、巖石等，通過(guò)其分布繪制Alpha圖，然后與采用的紋理樣本進(jìn)行匹配，由下而上逐層進(jìn)行疊加投射，即可得到最終的細(xì)節(jié)紋理圖。

3.2 紋理實(shí)時(shí)合成策略

在視相關(guān)多分辨率LOD地形渲染中，細(xì)節(jié)紋理的合成也需要依據(jù)觀察距離和方向合成多級(jí)的、不同精度的細(xì)節(jié)紋理，確保與幾何細(xì)節(jié)層次的一致性，同時(shí)減少系統(tǒng)資源的消耗。在整個(gè)繪制流水線中，基于樣本的紋理合成處于光柵化階段，可從幾何階段獲取當(dāng)前像素映射的頂點(diǎn)位置和法線方向，可采用基于放射狀和橢圓采樣的方法實(shí)時(shí)合成紋理細(xì)節(jié)，歸納起來(lái)，主要包括2個(gè)合成策略:1)限定局部區(qū)域進(jìn)行合成;2)基于LOD的稀疏點(diǎn)集采樣合成。

3.3 基于GPU編程的紋理動(dòng)態(tài)合成

基于樣本的紋理合成計(jì)算非常適合在GPU(Graphic Processing Unit)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，它既可以通過(guò)傳統(tǒng)的固定渲染方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以運(yùn)用可編程渲染管線技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，相比而言，后者更為靈活，效果更好。下面是利用高級(jí)著色語(yǔ)言(High Level Shader Language，HLSL)在頂點(diǎn)著色器和像素著色體中進(jìn)行多樣本紋理合成及局部光照計(jì)算的程序?qū)崿F(xiàn)。

1)VertexShader。根據(jù)頂點(diǎn)與視點(diǎn)的距離計(jì)算原始地形紋理與合成地形紋理的融合因子;根據(jù)光照信息計(jì)算紋理的明暗度。

2)PixelShader。根據(jù)Alpha圖對(duì)所有的樣本紋理進(jìn)行像素顏色值的疊加計(jì)算，根據(jù)頂點(diǎn)著色器輸出的融合因子，將合成的紋理與底圖紋理進(jìn)行融合計(jì)算，輸出最終的顏色值。

如圖6所示，程序中共使用了5幅樣本紋理、1幅底圖紋理和1幅Alpha通道圖，其中底圖紋理根據(jù)觀察距離與樣本紋理進(jìn)行動(dòng)態(tài)融合，以消除樣本紋理重復(fù)采用產(chǎn)生的重復(fù)感。

圖6 基于GPU編程的紋理動(dòng)態(tài)合成

基于樣本的紋理合成是一個(gè)功能強(qiáng)大的、靈活的紋理合成技術(shù)，它在底圖紋理和樣本紋理之間創(chuàng)建了光滑的融合，避免了細(xì)節(jié)的重復(fù)感，主要不足之處在于過(guò)多像素填充會(huì)產(chǎn)生較大運(yùn)算消耗，但是隨著顯卡功能及PS(Pixel Shader)支持的急劇提升，在當(dāng)前及以后的圖形顯卡中，這樣的運(yùn)算只是一個(gè)微不足道的問(wèn)題［10］。

4 植被程序化生成

在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，除了準(zhǔn)確描述地理信息外，對(duì)地形表面的植被模擬也是必不可少的，其逼真程度將直接影響戰(zhàn)場(chǎng)的沉浸感。而自然界中植被的種類和數(shù)量都是十分龐大的，再加上實(shí)時(shí)光影和動(dòng)態(tài)模擬等計(jì)算，使得現(xiàn)有的硬件遠(yuǎn)不能滿足大尺度植被的真實(shí)感繪制。在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，植被模擬并不需要對(duì)個(gè)體的描述與真實(shí)地形環(huán)境相一致，而只需要在種類、分布和季節(jié)形態(tài)上相匹配，因而更適宜采用動(dòng)態(tài)的程序化生成方式進(jìn)行模擬。

4.1 植被的描述和表達(dá)

自然界中的植被主要分為喬木、灌木和草體3種類型，其形體依次減小，數(shù)量依次增多，分布形態(tài)主要有單株、群落和多群落3種，因此，很難采用形式化的語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行全面描述，通常采用簡(jiǎn)化的方法定義其關(guān)鍵的特性，如分布區(qū)域、分布密度、剛度系數(shù)、外觀顏色以及模型的表達(dá)等，其中模型的表達(dá)是植被動(dòng)態(tài)模擬的基礎(chǔ)，過(guò)于簡(jiǎn)單的表達(dá)影響場(chǎng)景的真實(shí)感，而過(guò)于復(fù)雜的表達(dá)又會(huì)造成系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性降低。為了解決這一問(wèn)題，植被的表達(dá)通常采用多層次表達(dá)，主要分為以下3種類型。

1)多邊形表達(dá)。按照植被的形態(tài)將其劃分為若干節(jié)，建立多邊形模型，分節(jié)數(shù)決定模型的精細(xì)程度。利用紋理映射機(jī)制將枝、干、葉的紋理分別映射到相應(yīng)的多邊形上，實(shí)現(xiàn)對(duì)植被外觀細(xì)節(jié)的表現(xiàn)。

2)廣告牌表達(dá)。采用2個(gè)四邊形映射植被整體紋理后，代替其多邊形模型，其中一個(gè)垂直于水平面，用于平視，另一個(gè)平行于水平面，用于俯視，大小與植被包圍體在該方向上的投影一致。該方法不僅有效減少了多邊形數(shù)目，而且通過(guò)一定的紋理動(dòng)畫(huà)和頂點(diǎn)變形，也能夠?qū)崿F(xiàn)植被的簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)模擬。

3)2D紋理表達(dá)。采用凹凸貼圖的方式來(lái)描述視點(diǎn)遠(yuǎn)處細(xì)節(jié)特征難以辨析、動(dòng)態(tài)效果難以察覺(jué)，只能表現(xiàn)出顏色特征的以群落形式分布的草體。

在虛擬場(chǎng)景中，植被的表達(dá)方式會(huì)隨著視點(diǎn)的移動(dòng)而逐級(jí)切換，為了避免切換時(shí)出現(xiàn)視覺(jué)突變，需要制定LOD的切換策略，通常采用在相鄰層次間設(shè)置過(guò)渡區(qū)域，通過(guò)權(quán)值函數(shù)控制不同表達(dá)方法在過(guò)渡區(qū)域中所占的比重和頂點(diǎn)透明度的方式來(lái)解決。

4.2 植被的動(dòng)態(tài)分布

植被的分布實(shí)質(zhì)上是在地形模型的表面上依據(jù)一定的規(guī)則對(duì)植被模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)生成和刪除的過(guò)程，其核心問(wèn)題主要有以下2個(gè)方面。

1)可控性。包括分布可控和數(shù)量可控，確保只在視點(diǎn)觀察的一定范圍之內(nèi)的、固定的植被分布區(qū)域生成相應(yīng)的植被，且能夠隨著視點(diǎn)的移動(dòng)平滑地動(dòng)態(tài)更新植被分布，使場(chǎng)景內(nèi)植被的總數(shù)保持在一定的范圍之內(nèi)。

2)隨機(jī)性。包括屬性隨機(jī)性和分布隨機(jī)性，通過(guò)引入隨機(jī)變量使植被的大小、方向、顏色和位置分布上具有一定的隨機(jī)性，實(shí)現(xiàn)植被在形態(tài)和分布上的不規(guī)則性。

植被程序化生成的數(shù)量可控性主要通過(guò)多分辨率LOD層次結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)匦尉W(wǎng)格分辨率由粗到細(xì)達(dá)到一定的閾值時(shí)，動(dòng)態(tài)生成植被，并建立其與地形層次結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的層次結(jié)構(gòu);當(dāng)?shù)匦尉W(wǎng)格由細(xì)變粗超過(guò)閾值時(shí)，刪除對(duì)應(yīng)層次結(jié)構(gòu)中的植被。由于植被的加載和刪除是以一定分辨率的地形塊為單位進(jìn)行的，如圖7中陰影部分所示，為了避免出現(xiàn)以塊為單位的植被整體出現(xiàn)和消失帶來(lái)的“跳躍”感，需要在邊界塊內(nèi)進(jìn)行單個(gè)植被的可見(jiàn)性判斷。同時(shí)，植被的分布可控性可以通過(guò)地形紋理的Alpha圖中的分層信息實(shí)現(xiàn)，對(duì)于場(chǎng)景中所有的植被，建立其與紋理層次的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在植被程序化生成過(guò)程中，除了滿足網(wǎng)格分辨率外，還需要保持與細(xì)節(jié)紋理分布的一致性。巖石等地表上隨機(jī)分布的細(xì)小物體也可以采用與植被相同的方法進(jìn)行程序化生成，最終的地形細(xì)節(jié)合成效果如圖8所示。

5 結(jié)論

在基于真實(shí)數(shù)據(jù)的多分辨率LOD地形可視化框架中引入實(shí)時(shí)程序化地形細(xì)節(jié)合成的方法，一方面，減弱了真實(shí)地形場(chǎng)景渲染對(duì)高精度地形數(shù)據(jù)的依賴性，另一方面，充分利用了多分辨率LOD算法在場(chǎng)景細(xì)節(jié)與復(fù)雜度均衡方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了地形幾何細(xì)節(jié)、紋理細(xì)節(jié)和植被的實(shí)時(shí)、可控生成，在增強(qiáng)地形場(chǎng)景的豐富程度和真實(shí)性的同時(shí)，合理控制了地形場(chǎng)景的復(fù)雜度，對(duì)虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的生成和應(yīng)用具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

［1］ Boubekeur T，Schlick C.A Flexible Kernel for Adaptive Mesh Refinementon GPU［J］.Computer Graphics Forum，2008，27(1):102-113.

［2］ Dachsbacher C，Stamminger M.Rendering Procedural Terrain by Geometry Image Warping［EB/OL］.［2012-11-20］.http://www.docin.com/P-438257091.html

［3］ Losasso F，Hoppe H.GPU Gems 2:Terrain Rendering Using GPU-based Geometry Clipmaps［M］.New Jersey:Addison-wesley，2005:27-47.

［4］ 張燕燕.飛行模擬器大規(guī)模真實(shí)地形實(shí)時(shí)可視化技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

［5］ Mandelbrot B B，Van Ness J W.Fractional Brownian Motions，F(xiàn)ractional Noises and Applications［J］.SIAM Review，1968，10(4):422-437.

［6］ Fournier A，F(xiàn)ussell D，Carpenter L.Computer Rendering of Stochastic Models［J］.Communications of the ACM，1982，25(6):371-384.

［7］ Dollner J，Baumann K，Hinrichs K.Texturing Techniques for Terrain Visualization［C］∥Proceedings of the Conference on Visualization’00.Washington DC:IEEE Computer Society Press，2000:227-234.

［8］ Bloom C.Terrain Texture Compositing by Blending in the Framebuffer［EB/OL］.(2000-11-02)［2012-12-15］.http://www.cbloom.com/3d/techdocs/splatting.txt

［9］ Hardy A.Blend Maps:Enhanced Terrain Texturing［C］∥Bishop J，Kourie D.Proceedings of the 2006 Annual Research Conference of the South African Institute of Computer Scientists and Information Technologists on IT Research in Developing Countries.Republic of South Africa:South African Institute for Computer Scientists and Information Technologists，2006:61-70.

［10］ 韓元利.基于GPU編程的虛擬自然環(huán)境技術(shù)研究［D］.武漢:武漢大學(xué)，2007.