题目：飞行器大数据量CAD模型实时绘制

本文致力于探索虚拟现实环境下大数据量CAD模型实时绘制方法。针对航空航天复杂产品大数据量CAD模型在虚拟现实环境下难以实时绘制的问题，重点研究了：（1）大数据量CAD模型预处理；（2）大数据量CAD模型绘制。作者完成的主要工作和创新点如下：（1）提出了一套面向装配的复杂产品CAD模型预处理算法针对复杂产品数据量过大的问题，改进了传统的SAH模型分割算法，以复杂产品装配树的零部件为处理对象进行模型分割，再采用模型简化算法对模型进行简化，实现了大数据量几何模型轻量化。针对CAD模型LOD难以定量生成的问题，借鉴大地形LOD金字塔生成算法，通过分析CAD模型的特点选定简化比例，并根据计算机存储能力选择LOD等级数，实现了CAD模型LOD自动批处理生成算法。在此基础上，提出了一种适宜GPU实时解压缩的几何模型压缩算法，几何模型的法线数据通过GPU实时计算，因此无需保存，将顶点的绝对坐标转换为相对坐标，并选则存储空间尽可能小的数据类型，在绘制时通过GPU实时解压缩，不仅减少了数据存储量，而且提高了大数据量CAD模型的加载速度。（2）提出了一种基于计算机集群的大数据量CAD模型MPI并行预处理算法针对模型预处理时间非常耗时的问题，构建了集群并行计算环境，采用MPI并行计算技术并通过集群内的多个计算节点、计算节点内的多核处理器并行处理模型分割、模型简化、LOD生成以及模型压缩等算法，同时通过动态负载均衡、数据传输存储优化提高并行处理效率，极大的缩短了预处理时间。该算法具有对硬件配置要求低、速度快、扩展性高的优点。（3）提出了一套面向装配的复杂产品CAD模型实时绘制算法为了剔除实时绘制时不可见的几何模型，结合改进的SAH最优分割算法，提出了一种基于层次包围体树BVH的快速剔除算法，该算法的优点在于保留了装配树的完整信息，零部件可以实时选择、编辑、操作，解决了现有虚拟仿真环境下，复杂CAD面片模型难以进行零件装配工艺仿真的问题。针对实时绘制时难以快速准确判断几何模型遮挡关系的问题，提出了快速精确遮罩查询算法，以实际的几何模型执行精确遮罩查询，避免了传统包围盒遮罩查询结果不准确的问题，并对遮罩查询算法进行优化，实现了快速遮罩查询。针对传统LOD实时绘制算法采用视点距离、屏幕投影面积难以适应复杂CAD模型的问题，提出了LOD自适应绘制算法，通过遮罩查询获得的实际像素数量调整LOD精度等级，解决了LOD精度等级自动调整问题，既保证绘制精度，又能控制实时绘制负载。（4）提出了一种基于多核CPU/GPU的复杂产品CAD模型高分辨率并行绘制算法针对大数据量CAD模型绘制无法满足虚拟仿真对帧刷新率、图形分辨率要求高的问题，提出了拼接屏集群并行绘制算法，并通过多线程并行、多GPU并行等方式充分挖掘多核CPU/GPU的硬件潜力，不仅提高了图形绘制的分辨率，而且降低了单个图形绘制节点的绘制负载，提高了帧刷新率。此外系统可任意扩展，以适应不同复杂程度和数据量的CAD产品，从而通过普通计算机集群达到了超级计算机的绘制能力。（5）完成了大数据量CAD模型实时绘制原型系统的开发 在上述关键技术基础上开发了原型系统，在普通配置的计算机环境下，对某民机和某燃气轮机的CAD模型进行了预处理和实时绘制验证，并与国内外的相关研究进行了对比。