球面六边形网格局部多分辨率可视化方法研究

摘要

经纬度网格相比其他网格系统，具有相邻关系不唯一，空间面积不均匀等特点，这就使得在用经纬度网格作为全球范围数据可视化的底层结构时，无法避免的出现数据冗余，邻域计算精度不足等缺点。三角形网格的相邻关系比经纬度网格复杂，相比之下，六边形网格就具分布均匀、结构紧凑、邻接关系唯一等特点，但是六边形网格的多分辨率可视化方法一直是研究领域的难点。针对这个问题，本文提出了一种新的六边形网格多分辨率方法——基于四叉树球面六边形网格多分辨率可视化方法，该方法结合了六边形网格和菱形网格的特点，使六边形网格可以用四叉树来进行层次管理，一些常用的四叉树算法可以在六边形网格上得到应用。
　　本文主要工作包含以下三个方面：首先，提出了一种新型的六边形网格编码方式，基于孔径为4的球面六边形网格，首次采用菱形四元组的编码方式对球面六边形网格进行编码，并引入四叉树对网格进行层次管理，大大提高了网格层次管理的效率，方法简单易行，层次清晰，网格层次索引算法相比童晓冲等人的算法更加简单和易于理解。
　　其次，解决了不同层次的六边形网格块之间的裂缝处理，不同层次间的网格块不可避免的会出现裂缝，本文采用三角形条带方法，很好地解决了裂缝的问题，使得不同层次间的菱形网格块在球面上实现无缝对接。
　　最后，实现了球面六边形网格实时LOD的整套算法，为了实时地绘制多分辨率的球面六边形网格，本文设计了一种基于菱形块四叉树的视点相关的LOD调度算法，本算法能够根据视点位置变化，实时的更新绘制合适分辨率的六边形网格块并实现裂缝缝补，帧率在500帧/秒,能够满足实时绘制的要求。
　　经过实验验证，本文针对球面六边形的多分辨率可视化方法，在绘制效率方面达到了设计要求，而且能够满足局部多分辨率的可视化，平均帧率能够达到500帧/秒。