面向复杂三维CAD模型的海量场景渐进式更新算法

海量数据模型绘制技术在复杂三维场景绘制方面取得了巨大成功。然而现有的研究大都局限于静态的模型绘制，依赖对整个场景进行一次性预处理来生成空间索引和LOD，其预处理计算消耗时间过长。而虚拟样机技术中复杂三维CAD模型在全生命周期中需要不断地进行模型更新，对于此类应用已有的海量模型绘制技术遇到了难以克服的困难。针对这些问题本项目将通过对海量CAD模型的场景进行分析，提出一套能够适应其渐进式更新的场景树构造和绘制方法。具体内容包括：一、研究海量CAD模型的编辑场景树特征及其更新算法，同时研究海量数据文件的增量保存算法。二、为解决场景树在更新之后出现的空间索引失效现象，研究与场景树变更复杂度相关的空间索引构造方法。三、根据生成的空间索引，研究并行简化技术，基于多GPU采样快速地构造LOD。本项目将完成一个能够反映海量模型场景全系统整体构造过程的绘制系统原型。

随着信息获取和计算能力的不断增强，计算机辅助设计和计算机仿真技术取得了巨大进步。在交互应用中所使用几何模型的复杂度不断增长，海量模型通常占据GB级的存储空间，因此如何高效存取和交互绘制这些海量模型已成为计算机图形学和虚拟现实领域的一个挑战性问题。针对这些问题，本项目通过对海量CAD模型的场景进行分析，提出一套能够适应其渐进式更新的场景树构造和绘制方法。具体内容包括：一、建立了支持更新操作的海量三维场景树，能对场景树上所有结点和结点间关系以及绘制资源进行管理，同时采用基于块的外存文件结构及相应的数据更新调度算法以及内外存映射（Out-of-Core）技术实现大规模虚拟现实和可视化数据的加载和场景漫游。二、对整个场景建立了BSP剖分结构，设置不同节点状态，采用空间索引增量更新的方法，在保持索引有效性的基础上，减少了空间剖分索引的重构计算代价。三、对底层图形库进行封装，管理整个场景绘制对象的渲染顺序，根据生成的空间索引，综合采用层次视域锥剔除、基于硬件的遮挡剔除等可见性剔除算法，结合基于体素LOD模型的细节剔除算法进行绘制。本项目实现了一个能够反映海量模型场景全系统整体构造过程的绘制系统原型，其中包括水面效果，光学环境模拟，海上溢油仿真，帆船竞技仿真，海底生物群体动画仿真，虚拟场景集成应用，二维高精度动态流线可视化，三维时空连续动态流线可视化，三维动态流线可视化。