面向森林生态可视化的计算加速和快速绘制技术研究

本项目主要针对森林生态动态可视化中规模和精度难以两全的问题，从生态系统动态变化三维仿真的角度出发，重点以森林中树木生长和生态演替所需的计算和绘制任务为对象，采用并行和简化的思想，开展并行网格划分、并行计算建模与简化、快速绘制和数据有效组织的研究，实现森林生态的计算加速和快速的动态可视化，模拟一定时空变化范围内具有较强真实感的森林动态场景。通过本项目的研究，能够在面向快速仿真的森林生态计算和绘制方面取得更深入的进展，更准确、真实地展示森林生态系统的动态变化，进而可以为森林生态管理和规划提供更有效的可视化、动态化三维仿真手段。

本项目主要针对森林生态动态可视化中规模和精度难以两全的问题，面向生态系统动态变化的三维仿真，采用并行和简化技术，开展森林生长计算加速和快速绘制方法研究，以模拟一定时空变化范围内具有较强真实感的森林动态场景。.本项目的研究工作以并行架构下的计算加速和快速绘制为重点，主要在面向多分辨率可视化的计算建模、数据组织和场景绘制等方面取得了相应的研究成果。.本项目根据森林生长演化过程计算密集、数据可高度并行化的特点，结合GPU的并行计算能力，提出支持生态加速计算的森林网格划分方法，将森林生长演化计算分解成多个独立、计算任务一致的并行计算单元，并在此基础上建立了相应的森林生态演替并行计算和树木生长并行计算模型。通过采用不同的GPU加速方法解决森林动态演化的瓶颈计算过程，在确保计算精度的情况下获得了较好的加速性能。.将可视化中的多分辨率思想与生态计算中的精度变化对应，开展面向不同计算精度的数据对象结构研究，采用层次化的思想进行多精度数据组织，进一步提升森林生态计算的并行加速效率；根据数据对象的可视化需求，对林木数据进行结构的组织，开展树木快速结构提取和相似性判定方法的研究，支持树木数据的快速处理。.开展了森林生态场景的快速绘制技术研究。针对并行森林生态计算模型的计算结果和得到的映射关系，研究了在并行架构下一段时间范围内森林生态动态变化的快速处理，实现森林演化过程的快速浏览；针对大规模场景，研究采用TBN等技术，利用小幅样图在GPU上实现快速纹理合成；为提高三维树木模型的渲染效率，实现森林场景的快速可视化，提出了轻量级的三维树木模型构建方法，并根据视点与树木模型的相对距离，按近远不同层次采用不同的树木简化和重组策略，支持树木快速建模、绘制和森林场景的快速处理。.在已有模型和方法的基础上，构造了原型系统来实现对森林生态动态变化的模拟。.通过本项目对森林生态的计算加速和快速绘制方法的深入研究，使得森林生态的动态可视化能够在仿真效率上得到了有效的提升。.