模型LOD简化的可视化实现
发布时间：2015-07-11 10:01
摘 要 细节层次模型是指对同一个场景或场景中的物体，使用具有不同细节的描述方法得到一组模型，供绘制时选择使用，本文结合DEM均匀网格模型，建立了多层次LOD数据模型，有效地简化了地形模型的绘制，提高了生成效率，使得生成的三维地形有较高的可视性和真实感。
关键词 细节层次模型 网格简化网格细分 可视化
1 引言
随着计算机技术，摄影测量和遥感技术的迅速发展，虚拟现实技术得到广泛的应用，虚拟地形环境又是虚拟现实技术的一个重要方向，在虚拟地形中场景的实时层次细节（LOD ，Level of Detail,层次细节）简化也成为了研究的热点。
LOD模型是指在同一场景中，依据视觉上的特性，远离视点的物体在需较粗的细节，而离的很近的物体需要详细的细节，这样才能通过不同细节描绘出一组模型。LOD技术最早提出是在1976年由Clark提出，人为当物体覆盖屏幕的区域较小时采用较粗的模型绘制，同时给出一个便于判断的几何层次模型，便于对复杂模型快速绘制。1992年后，国外学者相继提出了许多LOD模型的生成算法。
2 网格简化的地形LOD模型
使用网格简化算法来生成物体的LOD 模型的方法主要有顶点删除、三角形删除、三角形合并、基于包络网格的模型简化等算法。顶点删除和三角形删除删去网格上不重要的顶点和三角形，三角形合并将近平面的三角形合并为大的三角形，基于包络的网格简化通过生成网格的内包络和外包络来控制网格简化的误差。
地形网格细分采用DEM（数字高度模型），DEM 的主要形式为网格数据结构，即一个矩形二维数组，网格上的每一个交点即是一个采样点。DEM数据经简单的三角化后即可以得到地形的表面模型。DEM 的快速贪婪插入算法考虑到DEM数据的特点，采用从三角形出发的观点，借用图形学中的增量式扫描算法，通过每个三角形对落在其投影域内的点的增量式扫描计算获得与该三角形距离差最大的点，避免了乘法运算，获得了很高的效率。点加入网格后的局部三角化采用局部Delaunay 三角化，其主要过程是边交换。
3 模型LOD简化可视化实现
我们可以运用此算法从一个全细节的模型出发，根据图形显示的需要，设定一定的标准，通过在高曲率处保留尽量多的几何元素，在低曲率处删除尽量多的几何元素，而生成低细节层度的模型。通过比较简化网格逼近原始网格的程度，就可以判定该算法的优劣（图1）。通过这样处理后，我们可以在特定的场合下选择合适的模型，而不必每次都选用全细节的模型，这样大大的降低场景点、线、面的数量。
(a)原始模型（1467个点）
(b)简化模型一（M=0.01，783个点）
(c)原始模型（加纹理和光照）
(d)简化模型三（加纹理和光照）
图1 运用高斯曲率算法对三维地形的简化
3.1 调用OpenGL库函数
由于OpenGL是处理专用图形硬件的软件接口，支持可视化实现的语言，在.NET下运用C#语言编程时，我们需要安装OpenGL的库函数，并在头文件中加入“ using ;”。然后用OpenGL编写程序，其初始化
rColor(0.6f,0.9f,1.0f,0.0f);//红绿蓝和alpha值
r(_COLOR_BUFFER_BIT | _DEPTH_BUFFER_BIT);
le(_AUTO_NORMAL);//产生一个法向量
le(_NORMALIZE);//转换结束后glNormal()指定的法向量缩为单位长度
ixMode(_PROJECTION);//后续为投影矩阵堆栈
Identity();
3.2 依曲率删除中心点并三角化
依曲率删除中心点并三角化的目的就是在保持原有模型的拓扑关系和良好相似性的基础上，根据图形显示的需要，相应地减少模型的三角形数量。可分为以下三部分：
根据需要选取上述三种曲率算法之一，计算模型所有网格点的曲率。
如果该曲率小于给定的阈值M，就删除该点，否则保留该点。
对删除中心点后留下的空洞进行三角化。选取空洞中一对非相邻点将空洞剖分为两部分，对这两部分采用相同的方法再次剖分，直到剖分后的每一部分只包含三个顶点。这三个顶点构成三角形，再将这些三角形并入模型网格中。
程序实现
for( every Xiof all mesh point ) {
if ( use Gaussian Curvature ) value= ;
else if (use Average Curvature) value= ;
else value=R;
if (valueM) {
delete Xi;
convert triangle ; }
else remain Xi; 。}
4 结束语
本文提出了LOD技术依曲率删除中心点并三角化的方法及OpenGL程序的实现，此方法快速且效果比较好，在运用LOD对图形实施绘制时，此方法为我们采用集合元素删除提供了好的依据
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