多重解析度地形景觀視覺化

大區域地形的動態展示在地理資訊系統中及軍事模擬系統中扮演了一個重要的角色。然而龐大的地形資料往往不是目前一般電腦的資料處理及模型展示能力所能負荷的。因此大區域地形動態展示研究的最大挑戰即在於如何快速的處理及顯示龐大的地形資料。我們將快速地形展示的研究分為四個階段:(i) 多重解析度 (multiresolution) 地形模塑、(ii) 視點相關 (view-dependent) 展示、(iii) 動態地形區塊連結載入 (dynamic loading)、及 (iv) 分散式地形資訊處理與展示。

在本研究中,我們整合了多重解析度、視點相關、及動態載入等虛擬實境技術,配合數位高程地形及衛星影像來即時動態的展示逼真的地形。

 

部份研究成果:地形展示多重解析度模塑視點相關動態載入戰術模擬

 

參與研究人員:嚴偉承、郭予中、楊小璿

 

地形展示

下圖是一塊 32 ´ 32 平方公里的桃園地區地形。如果沒有多重解析度技術的支援,則展示這一塊地的速度 (在一般的個人電腦上) 大約是每秒 0.12 個畫面 (也就是 8.3 秒才能展示一個畫面)。而在虛擬實境技術的支援下,高程誤差控制在 5 %  以內,我們可以以每秒 24 個畫面的速度來展示這一個地形。也就是說,展示速度提高了 200 倍。

 

 

多重解析度模塑

多重解析度模塑的意義是先將地形模型塑造成一些離散 (discrete) 或連續 (continuous) 變化解析度的模型。當瀏覽該地形時,展示系統即配合觀看的距離或誤差來選擇適當解析度的模型做展示。例如飛行模擬中,當飛機飛得高看得廣,系統即選擇或即時變化較低解析度模型來展示;當飛機飛得低看得窄時,系統即選擇或即時變化高解析度模型來展示;如此即可提高瀏覽速度又不會降低觀看的品質。例如下圖石門水庫模型

 

32,768 triangles.                                                        8,109 triangles.

 

1,978 triangles.                                                              467 triangles.

 

視點相關展示

視點相關展示的意義是當我們在瀏覽地形時,系統會根據視點參數 (view parameters) 來自動調整模型中各區域的解析度做展示。例如,看不到或距離遠的區域,系統會將該區域的模型變粗糙;當粗糙區域進入視線中或距離拉近後,系統又會逐漸提高該區域的解析度。因此相同複雜度的模型在具有視點相關功能的系統中可展示更高的幾何精密度或得到更快的展示速度;例如,下圖翡翠水庫模型 (19,718 triangles) 。

 

   

視點無關                 視點相關

 

 

動態載入

動態地形區塊載入的意義是說當地形模型大到無法放到主記憶,而需先將模型分割成一小塊一小塊的,然後以多重解析度模型模塑的技術來簡化各個小區塊模型,並且將簡化的過程記錄下來。當需要用到那些區塊時,則依據目前瀏覽視點的位置及方向決定那些區塊應該從週邊儲存體中載入或從記憶體中移除;並且在視點移動之同時,決定每區塊所應展現的解析度。例如下圖顯示載入翡翠水庫地區的 9 塊地形模型,配合多重解析度及視點相關等技術做即時動態地形展示。

 

 

 

戰術模擬

這是一個以多重解析度地形模塑技術配合電腦繪圖及目標追蹤等技術來完成的一個地面飛彈基地防空模擬遊戲。我們以台北某地區 (12.8 km´12.8 km) 為範例。在其山坡地建立一個飛彈防空基地,並構建會自動旋轉的雷達站、會自主飛行的飛機、會追蹤飛機的飛彈、及可操控方向的觀測窗等。