融合分层层次细节和潜在可见集的三维城市场景高效可视化

三维城市场景的可视化是数字城市的关键技术,也是智慧城市提供各种智慧服务的重要环节。三维城市模型中的数据量和复杂度呈几何级数增长,给城市三维场景的数据组织和可视化带来沉重的负担,在当前基于游戏引擎与地理信息系统技术构建的城市级可视化平台中,这类数据很难一次性加载和可视化。针对此问题,本文提出了一种融合分层层次细节和潜在可见集的三维城市场景高效可视化方法,实现了大规模三维城市场景动态调度加载的高效性和三维可视化视觉一致性,并选择深圳市前海区域进行案例试验分析。结果表明,本文提出的基于自适应性空间网格划分的潜在可见集计算方法的平均遮挡剔除率高达76.6%,可以大幅剔除并减低单次加载进三维城市场景的模型数据量;融合分层层次细节和潜在可见集的动态调度,其渲染可视化帧率基本约保持在60帧/s,可以满足三维城市场景高效流畅的可视化体验。

基于潜在可见集的城市三维场景实时渲染

随着城市规模和场景复杂度的不断提高,虚拟地理环境下实现大规模三维场景高逼真的实时渲染是数字城市可视化平台的瓶颈之一。通常利用区域的可见性计算来剔除三维空间数据中被遮挡而导致不可见的对象,从而提高大规模三维场景的渲染效率。针对传统区域可见性计算空间划分粒度细的问题,提出了一种自适应性空间网格划分计算潜在可见集(potentially visible set,PVS)的方法。首先构建场景区域的AABB(axis-aligned bounding box)包围盒,在水平方向上对该包围盒进行四叉树划分,在垂直方向上对该包围盒进行层次划分得到相应的空间场景单元,通过光线投射计算出空间场景单元的潜在可见集。实验结果表明,通过本文方法来计算场景单元的潜在可见集,可以大幅度提高遮挡剔除率。当相机进入某个空间场景单元后,只绘制当前场景单元的可见对象,对不可见的对象不进行绘制,从而提高实时渲染的帧率。