近些年来,三维场景可视化技术已被广泛应用于虚拟战场、城市规划、街景导航等众多领域。随着摄影测量、卫星遥感等技术的飞速发展,三维场景中的地形数据精度越来越高,规模越来越大。但由于目前计算机硬件水平有限,这就使得如何实现海量地形数据的实时渲染成为难点。此外,三维场景中不仅存在地形数据,还包括各种各样的地物模型,这些模型与地形数据之间如何集成显示也是当前三维场景可视化的另一个难点。为了解决这些问题,本文基于DirectX图形接口研究了大规模三维场景可视化系统的关键技术,包括海量三维地形数据的组织与管理,数据的实时调度策略,层次细节模型中的裂缝消除和地形与地物的无缝匹配,最终实现了大规模三维场景的实时高效绘制。本文的主要研究内容及研究成果如下。(1)研究了海量三维地形的数据组织与管理策略。通过对常用的数字地形的组织结构研究分析,采用了基于规则格网模型的地形数据组织。研究并分析了层次细节模型的原理及常用的LOD模型简化算法,提出一种结合CPU-GPU协同构网的三维地形数据组织策略,充分利用GPU的高速并行计算能力。测试结果表明,本文提出的数据组织策略使得最终渲染的地形三角网可达到百万级别,同时CPU负载始终维持在10%左右,帧速率维持在60Fps左右。可以认为,本文的算法既能保证一定的渲染效果,又能提高渲染效率。(2)研究了基于视点的地形数据裁剪策略和裂缝消除方法。通过对常用的可见性剔除策略研究及分析,提出了基于AABB包围盒的视锥裁剪策略,通过该方法可大大减少渲染时CPU与GPU之间传输的数据量,提高渲染效率。针对层次细节模型中的裂缝问题,研究并分析了裂缝产生的具体原因及常用的裂缝消除算法的优缺点,在此基础上提出了基于视点动态调整顶点位置的裂缝消除算法,测试结果表明该方法在不改变地形原有拓扑结构的前提下即可实现地形的无缝渲染和平滑过渡。(3)研究了三维地形与建筑物的无缝匹配技术。通过对常见的地物模型构建方法研究并分析,采用了结合二维GIS数据和建模软件的模型构建方法。针对地形与建筑物的集成可视化,提出了一种基于网格重构的模型匹配方法,该方法不但可以实现视觉层面的模型匹配,而且在数据上建筑物与地形也已融为一体。此外,针对匹配过程对建筑物周围地形产生的失真现象,本文提出了多影响域下的局部修正函数。测试结果表明,本文提出的方法通过校正影响域内的地形顶点高程值,可以减弱甚至消除失真现象。(4)三维场景集成可视化系统的设计与开发。研究了模型渲染中的纹理映射方法,通过纹理映射可进一步提高三维场景的逼真度,同时实现了三维天空的模拟和渲染。设计并实现了一个三维场景集成可视化系统,对其进行了整体架构设计,各模块功能分析,实现了一个真实感强、交互性好的三维场景集成可视化系统。