题目：大规模静态场景实时绘制系统的设计与实现

随着三维数据采集和建模技术的飞速发展，三维模型的数据量也在快速增长。对于表现一个类似于发电厂、奥运村的静态场景而言，使用百万面片甚至上千万面片数据来表示是很常见的，实时绘制这些大规模静态场景是当今虚拟现实应用领域所面临的重大挑战之一。本文以国家自然科学基金重点项目“虚拟奥运博物馆关键技术研究（60533070）”为背景，针对数字博物馆中在本地进行大规模静态场景实时绘制的需要，展开了关键技术的研究。在数字博物馆的大规模静态场景实时绘制系统研究过程中面临的问题主要有：首先，博物馆中的大数据量三维模型分辨率结构单一，从模型层上导致绘制效率较低；其次，大规模静态场景中模型之间在空间数据逻辑上的孤立，缺乏高效的场景数据组织结构和场景多分辨率结构，不能很好地利用场景中模型之间的关系进行加速绘制；再次，在大规模静态场景绘制中，缺乏视相关和可见性剔除的绘制策略，进一步导致了绘制效率的低下。针对上述问题，本文通过对关键技术的分析和研究，主要完成了以下几方面的工作：（1）给出了三维模型的多分辨率结构组织方法，将三维模型数据组织成树状分层的多分辨率结构，作为灵活选取合适的分辨率层次并进行高效场景绘制的基础，并提出了一种针对三维模型多分辨率结构的文件格式对模型多分辨率结构进行了存储，即使场景变动也无需重新计算模型的多分辨率结构，增加了系统的复用性。（2）给出了一种场景树和场景多分辨率结构的建立方法，对三维场景数据进行空间剖分得到场景组织结构，然后自底向上建立场景的多分辨率结构，解决了在场景层进行高效绘制的数据组织问题。（3）设计并实现了一个基于视点的大规模静态场景绘制系统，合理地选择场景和模型的多分辨率层次进行绘制，结合可见性判别和显式列表等加速策略，进一步提高了系统的绘制效率。基于上述研究成果，本文开发了以下工具：（1）三维模型多分辨率结构的生成工具。用户可以指定分辨率结构的粒度，并生成模型多分辨率结构文件。（2）基于视点的大规模静态场景实时绘制系统。通过用户指定的屏幕像素误差值，结合可见性判别和显式列表等加速策略，遍历场景树和模型树选择合适的多分辨率层次进行实时绘制。