具有不同地域风格的三维地形生成方法研究

论文摘要

三维地形是三维虚拟场景中必不可少的组成部分,被广泛地应用于三维仿真、虚拟现实、模拟训练、游戏引擎等应用场景。如何生成用户可控并具有高度真实感的地形,一直是图形学领域中具有挑战性的课题。在地形生成方法中,经典的基于分形理论和物理侵蚀的方法提供给用户很少的控制手段,用户无法控制地形的总体分布特征,难以生成期望的地形。基于样例的合成方法虽然在一定程度上可以克服这些缺点,但在特征块匹配的过程中却很容易出现匹配失败的情形和细节过多重复的问题。基于对抗生成网络的方法可以得到具有高度真实感并且自由可控的地形,但是需要大量的训练样本和费时的训练工作,并且难以生成风格迥异的地形。现有的基于纹理合成与转换的地形生成方法使用手绘山脊线来控制地形特征,其生成的地形虽然在全局结构上与山脊线的走势相吻合,但在山谷区域结果并不理想。针对上述问题,论文提出了一种基于样例和特征草图的地形生成方法,用户只需提供山脊线和山谷线草绘图,以及不同特点的参照地形图,就可以快速生成风格迥异的三维地形。本论文所做的主要工作总结如下:1.深入分析了现有的基于纹理合成与转换的地形图生成方法的基本原理和生成过程,根据实验结果分析出该算法在地形生成的过程中存在的问题。2.针对原有距离度量方法不能准确地描述地形高度场空间分布规律的问题,提出了一种自适应搜索范围的距离度量算法;接着对地形图生成过程中涉及到的目标函数进行了改进,从而使改进后的方法能在更短的时间内生成不同地域风格的三维地形。3.在生成自然地形时,通过引入山脊线和山谷线草图来引导合成过程,从而解决了原有算法在山谷附近区域出现冗余纹理的问题和相邻区域不能完全拼接的问题。4.使用基于距离的结果图合成算法对基于山脊线生成的结果图与基于山谷线生成的结果图进行合成,从而使最终生成的地形图更加接近原始的自然地形。5.对本论文的方法分别从五个不同的角度进行了实验论证,并对部分地形进行了三维渲染;接着对改进前后的算法在时间性能上进行了对比分析,证明了论文方法的高效性;最后与基于DEM的地形生成方法在合成效果上进行了对比,证明了使用本方法生成的地形没有出现匹配失败的情况和细节过多重复的问题。通过对比实验结果可以发现,论文的方法不仅能在短时间内根据同一山脊线或山谷线草图生成不同地域风格的三维地形,而且在生成自然地形时比目前已有的基于样例的方法或者单纯基于山脊线或山谷线的方法的合成效果要好的多。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 缩略语对照表
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文主要工作
•   1.4 论文章节安排
• 第二章 地形生成方法的理论及相关技术
•   2.1 地形的表示
•   2.2 基于样例的地形生成方法
•   2.3 Patch Match块相似度匹配算法
•   2.4 基于结构相似度的图像质量评价算法
•   2.5 本章小结
• 第三章 基于纹理合成与转换的地形图生成方法
•   3.1 现有的地形生成框架
•   3.2 算法流程及整体设计
•     3.2.1 算法流程
•     3.2.2 距离计算
•     3.2.3 自适应范围k值检测
•     3.2.4 后验概率的计算
•     3.2.5 地形图合成
•   3.3 纹理合成与转换的地形图生成方法存在的问题
•     3.3.1 距离度量过程中存在的问题
•     3.3.2 地形合成目标函数的改进
•     3.3.3 合成效果有待进一步提升
•   3.4 本章小结
• 第四章 地形图生成方法研究
•   4.1 新的地形图生成框架
•   4.2 基于山脊线草图的地形图生成方法的改进
•     4.2.1 自适应搜索范围的距离度量算法
•     4.2.2 地形图生成过程中目标函数的改进
•   4.3 基于山谷线草图的地形图生成方法
•     4.3.1 算法分析
•     4.3.2 块尺度选择方案
•   4.4 基于距离的结果图合成算法
•   4.5 本章小结
• 第五章 实验与结果分析
•   5.1 地形图生成结果与分析
•     5.1.1 方法的可行性分析
•     5.1.2 实验结果的可靠性分析
•     5.1.3 不同地域风格的生成结果对比
•     5.1.4 相同地域的自相似性分析
•     5.1.5 相邻区域的合并问题
•   5.2 算法性能分析
•   5.3 实验结果对比分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 雷晓洋

导师: 李广鑫

关键词: 地形生成,特征草图,基于样例,三维渲染

来源: 西安电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,计算机软件及计算机应用,计算机软件及计算机应用

单位: 西安电子科技大学

分类号: TP391.9;P208

DOI: 10.27389/d.cnki.gxadu.2019.000649

总页数: 82

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