CA2209275C

CA2209275C - Method for dynamically generating synthetic images with an automatic level of detail, and device therefor

Info

Publication number: CA2209275C
Application number: CA002209275A
Authority: CA
Inventors: Serge Couvet; Christophe Delepine
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 2007-10-16
Anticipated expiration: 2016-10-31
Also published as: CA2209275A1

Abstract

Le procédé de génération dynamique d'images synthétiques de l'invention fait appel au maillage de Delaunay, et seules sont traitées, en temps réel, les portions de terrain pour lesquelles une variation significative du niveau de détail a lieu, cette variation significative étant déterminée par l'erreur angulaire, du point de vue de l'observateur, et relative aux différents points du terrain, que l'on commettrait si l'on omettait de traiter ces points, seule l'erreur angulaire supérieure à un certain seuil étant prise en compte The process of dynamic generation of synthetic images of the invention makes use of the Delaunay mesh, and only real time, the portions of land for which a variation significant the level of detail takes place, this significant variation being determined by angular error, from the point of view of the observer, and relating to different points of the ground, that one would commit if one failed to treat these points, only the angular error greater than a certain threshold being taken into account

Description

PROCEDE DE GENERATION DYNAMIQUE D'IMAGES
SYNTHETIQUES A NIVEAU DE DETAIL AUTOMATIQUE, ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE.

La présente invention se rapporte à un procédé de génération dynamique d'images synthétiques à niveau de détail automatique, ainsi qu'à
un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.
Les machines de synthèse d'images temps réel utilisées dans les simulateurs de vol sont capables de générer des images d'une qualité
1o proche de la réalité grâce en particulier à l'utilisation massive. de textures photographiques. Mais le nombre maximal de polygones pouvant être affichés à chaque cycle image demeure leur principale limitation.
Malheureusement, on s'aperçoit que ce nombre est très mal exploité dans certaines situations. En effet, quelle que soit la distance de visibilité de l'observateur, la même attention est portée aux facettes lointaines qu'aux facettes proches. Pourtant, lors du calcul, la pertinence dans l'image des facettes éloignées est très faible par rapport à celles se trouvant à proximité de l'observateur. Certaines tentatives ont été menées dans le passé pour simplifier le paysage à longue distance. Mais celles-ci se sont révélées peu efficaces et trop contraignantes au niveau de la génération des bases de données.
La visualisation de terrains réels en images de synthèse est possible grâce à l'existence de relevés aitimétriques issus d'observations radars ou satellites. Ces données altimétriques se présentent en général sous la forme d'une grille bidimensionnelle donnant l'altitude en chaque point.
Le modèle de terrain (algorithmes et structures de données) qui gère ces données altimétriques doit prendre en considération les trois exigences suivantes qui sont essentielles, en particulier pour des simulateurs de pilotage d'avions :
- Fidélité :
Les aspects caractéristiques du relief (pics, vallées) sont des repères visuels très importants pour les pilotes et influent sur la qualité de leur entraînement et de leurs décisions au cours d'une mission. Le respect METHOD FOR DYNAMIC GENERATION OF IMAGES
SYNTHETICS AT AUTOMATIC DETAIL LEVEL, AND DEVICE FOR IMPLEMENTING.

The present invention relates to a method of generating dynamics of synthetic images at automatic level of detail, as well as a device for implementing this method.
Real-time image synthesis machines used in flight simulators are able to generate images of a quality 1o close to reality thanks in particular to the massive use. of textures Photographic. But the maximum number of polygons that can be displayed at each image cycle remains their main limitation.
Unfortunately, we realize that this number is very bad exploited in certain situations. Indeed, whatever the distance of visibility of the observer, the same attention is paid to the facets distant than to the close facets. Yet, when calculating, the relevance in the image of the distant facets is very small compared to those finding near the observer. Some attempts have been made in the past to simplify the landscape at long distance. But these have proved to be ineffective and too restrictive at the level of generation of databases.
Visualization of real terrains in computer graphics is possible thanks to the existence of measurements from observations radars or satellites. These altimetric data are in general in the form of a two-dimensional grid giving the altitude in each point.
The terrain model (algorithms and data structures) that manages these altimetry data must take into consideration the three following requirements which are essential, in particular for aircraft pilot simulators:
- Loyalty:
The characteristic aspects of the relief (peaks, valleys) are visual cues that are very important to pilots and affect the quality of their training and their decisions during a mission. The respect

2 des lignes de crête est donc une condition essentielle pour tout modèle cartographique.
- Economie d'informations :
A précision égale, le nombre de polygones représentant un terrain donné influe directement sur les temps de réponse du simulateur =
temps réel (rendu, collision, roulement, intervisibilité...). La rugosité d'un terrain n'étant pas régulière, le maillage doit s'adapter au relief, lâche dans les zones de pente constante, fin dans les parties accidentées.
- Rapidité de génération :
Les bases de données de simulation pouvant couvrir des milliers de KmZ, leur coût de génération est directement lié à l'utilisation d'algorithmes performants permettant d'intégrer les différentes sources de données (planimétrie, aitimétrie, photométrie) en un temps minimum.
Les bases de données de simulateurs d'avions étant en général très vastes, le nombre de facettes représentant le terrain est considérable.
Or le visuel ne sait afficher en temps réel que quelques milliers de facettes.
Afin d'éliminer très rapidement celles qui ne sont pas dans le champ de vision, on effectue une pré-troncature région. Lors de la modélisation de la base de données, le terrain est partitionné en zones rectangulaires appelées régions. De simples calculs d'intersection pyramide-boîte permettent de sélectionner les régions visibles et d'éliminer ainsi un très grand nombre de facettes.
Cette découpe est également très utile si la base de données ne peut être chargée d'un bloc en mémoire. Il suffit alors de ne charger que les régions comprises dans la sphère centrée sur l'observateur et de rayon égal à la distance de visibilité. Cette base de données locale est mise à jour au fur et à mesure que l'observateur se dépface : les régions qui sortent de la sphère sont déchargées et remplacées par celles qui y rentrent. Ainsi, seul l'espace mémoire limite la taille des bases de données.
Pour de faibles distances de visibilité (< 10 km) et un terrain moyennement accidenté, une pré troncature région s'avère suffisante pour garantir la fréquence de calcul des images. Au-delà, la gestion de charge du visuel demeure problématique. Une surcharge du visuel en polygones se traduit par des sauts d'images suite à des dépassements de cycle. Cette situation est difficilement acceptable pour un simulateur de vol temps réel. 2 crest lines is therefore an essential requirement for any model Mapping.
- Saving information:
At equal accuracy, the number of polygons representing a given terrain directly influences simulator response times =
real time (rendering, collision, rolling, intervisibility ...). The roughness of a terrain is not regular, the mesh must adapt to the relief, loose in areas of constant slope, end in the hilly parts.
- Generation speed:
Simulation databases that can cover thousands of KmZ, their generation cost is directly related to the use powerful algorithms to integrate the different sources of data (planimetry, aimetry, photometry) in a minimum time.
The databases of aircraft simulators being in general very large, the number of facets representing the terrain is considerable.
But the visual can only display a few thousand facets in real time.
In order to eliminate very quickly those who are not in the field of vision, we perform a pre-truncation region. When modeling the database, the terrain is partitioned into rectangular areas called regions. Simple pyramid-box intersection calculations allow to select the visible regions and thus eliminate a very many facets.
This cut is also very useful if the database does not can be loaded from a block in memory. Then just load only the regions in the sphere centered on the observer and of equal radius at the visibility distance. This local database is updated at as the observer depicts: the regions coming out of the sphere are unloaded and replaced by those that enter. Thus, only the memory space limits the size of the databases.
For short visibility distances (<10 km) and terrain moderately rugged, a pre-truncated area proves sufficient for guarantee the frequency of calculation of the images. Beyond that, the load management of the visual remains problematic. An overload of the polygonal visual is translated by image jumps due to cycle overruns. This situation is hardly acceptable for a real-time flight simulator.

3 Le seul recours dont on dispose aujourd'hui est de simplifier les zones de la base de données où l'affichage "coince". Cette solution est coûteuse et peu pratique. De plus, pour des distances de visibilité importantes, le relief est beaucoup trop simplifié.
Seuls des algorithmes sophistiqués de niveau de détail peuvent diminuer drastiquement le nombre de facettes affichées sans dégrader la qualité de l'image. Ces algorithmes sont nés du constat suivant : la pertinence d'un polygone du terrain, c'est à dire le nombre de pixels qu'il occupe à l'écran, est d'autant plus faible que ce polygone est loin. Si on ne lo fait rien, une partie de la puissance graphique de la machine est gaspillée à
clipper, projeter, texturer... des polygones qui, en fin de compte, n'occupent qu'un ou deux pixels à l'écran. Toute la difficulté consiste donc à simplifier un terrain vu par un observateur mobile sans nuire à la pertinence de l'image.
Devant la complexité mathématique et algorithmique, aucun constructeur de simulateurs n'a intégré un tel dispositif de manière vraiment efficace.
Une première approche consiste à précalculer différents niveaux de détail pour chaque région et à commuter en temps réel d'un niveau à
l'autre. Malheureusement cette méthode comporte beaucoup d'inconvénients :
- Dépendance vis à vis des régions :
Les régions jouant ici le rôle de frontières entre niveaux de détail, la qualité de la commutation dépend de leurs tailles.
- Encombrement mémoire :
L'encombrement mémoire limite le nombre de niveaux de détail par région et pénalise le chargement dynamique de la base de données. De plus, ce nombre varie en fonction du relief de chaque région.
- Commutation trop brutale :
Plus le nombre de niveaux de détail d'une région est faible, plus la commutation est brutale. Ces artefacts d'image sont très gênants pour le pilote.
Pour remédier à ces problèmes, des modèles de terrain hiérarchiques ont été envisagés. Une hiérarchie de niveaux de détail au sein d'une même structure de données (quad-tree, Delaunay-pyramid) ne 3 The only recourse available today is to simplify the areas of the database where the display "stuck". This solution is expensive and convenient. In addition, for large visibility distances, the terrain is much too simplified.
Only sophisticated level-of-detail algorithms can drastically reduce the number of facets displayed without degrading the picture quality. These algorithms are born from the following observation: the relevance of a polygon of the field, ie the number of pixels it occupies on the screen, is weaker as this polygon is far. If we do not lo does nothing, some of the graphics power of the machine is wasted at clipping, projecting, texturing ... polygons that ultimately occupy only one or two pixels on the screen. The difficulty is to simplify a terrain seen by a mobile observer without affecting the relevance of the image.
Given the mathematical and algorithmic complexity, no simulator builder has integrated such a device in a really effective.
One approach is to precompute different levels detail for each region and to switch in real time from one level to the other. Unfortunately this method involves a lot disadvantages:
- Dependence on regions:
The regions here playing the role of borders between levels of detail, the quality of the switching depends on their sizes.
- Memory footprint:
Memory footprint limits the number of levels of detail by region and penalizes the dynamic loading of the database. Of moreover, this number varies according to the relief of each region.
- Switching too brutal:
The lower the number of levels of detail in a region, the more switching is brutal. These image artifacts are very troublesome for the pilot.
To remedy these problems, field models hierarchies were considered. A hierarchy of levels of detail within of the same data structure (quad-tree, Delaunay-pyramid)

4 mémorise que les changements pour passer d'un niveau de détail à l'autre, d'où une économie de mémoire importante. L'arborescence est parcourue afin de sélectionner les triangles à afficher en fonction de la précision requise.
Trois inconvénients majeurs subsistent :
- Niveau de détail global :
La construction des niveaux de détail successifs est uniquement basée sur un critère de précision indépendamment de la position d'un observateur. L'ordre d'apparition des points est figé alors que la pertinence lo des points varie justement en fonction de la position de l'observateur.
- Modifications du terrain impossibles :
Ces structures de données hiérarchiques sont rigides et n'autorisent aucune modification du terrain en temps réel. II serait nécessaire de reconstruire toute l'arborescence, ce qui est trop coûteux.
- Coût additionnel de génération de la base de données.
La génération de la base de données reste quelque chose de très coûteux. Les contraintes liées au temps réel compliquent la modélisation de la scène.
La présente invention a pour objet un procédé de génération 2o dynamique d'images synthétiques permettant de générer en temps réel des images synthétiques avec le maximum possible de fidélité et le meilleur rendu possible, sans nécessiter de moyens de calcul importants, en tenant compte de la pertinence des points des différents niveaux de détail en fonction de la position de l'observateur, ce procédé permettant également des modifications de la configuration du terrain en temps réel.
La présente invention a également pour objet un générateur dynamique d'images synthétiques comportant des moyens qui soient le meilleur marché possible, de préférence des moyens tels que des calculateurs et des moyens de mémorisation de bases de données qui 3o soient simples et couramment disponibles.
Le procédé conforme à l'invention consiste à constituer une base de données en partant d'un fichier contenant les données topographiques relatives aux terrains à visualiser, à éliminer les données les moins significatives, puis à calculer en temps réel les points à afficher en fonction du niveau de détail requis, qui est lui-même fonction de la position de l'observateur, de l'altitude maximale du terrain à visualiser, de la distance de visibilité et du niveau de détail requis, en sélectionnant un sous-ensemble des points de la base de données définissant une portion de terrain dont le niveau de détail a changé, en effectuant un maillage irrégulier de la portion 4 remember that changes to move from one level of detail to another, hence a saving of important memory. The tree is browsed to select triangles to display based on accuracy required.
Three major disadvantages remain:
- Overall level of detail:
The construction of the successive levels of detail is only based on a criterion of accuracy regardless of the position of a observer. The order of appearance of the points is fixed while the relevance lo points varies precisely according to the position of the observer.
- Field modifications impossible:
These hierarchical data structures are rigid and do not allow any changes to the terrain in real time. It would be necessary to rebuild the entire tree, which is too expensive.
- Additional cost of generating the database.
The generation of the database remains something very expensive. Real-time constraints make it difficult to model the scene.
The subject of the present invention is a generation method 2o dynamics of synthetic images making it possible to generate, in real time, synthetic images with the maximum possible fidelity and the best made possible, without the need for significant calculation means, taking into account account of the relevance of the points of the different levels of detail in according to the position of the observer, this method also field configuration changes in real time.
The present invention also relates to a generator dynamic synthetic images including means that are the cheaper, preferably means such as calculators and means for storing databases which 3o be simple and commonly available.
The process according to the invention consists in constituting a base data from a file containing the topographic data land to be visualized, to eliminate the least significant, then to calculate in real time the points to display in function the level of detail required, which is itself a function of the position of the observer, the maximum altitude of the terrain to be visualized, the distance of visibility and level of detail required, selecting a subset points in the database defining a portion of land whose level of detail has changed, by performing an irregular mesh of the portion

5 de terrain sélectionnée, de préférence un maillage de type Delaunay, et à
appliquer une texture sur les polygones résultant du maillage.
Selon un aspect du procédé de l'invention, on ajuste localement la précision de la représentation du terrain par ajout ou suppression de points dans le maillage, la sélection de ces points étant faite en fonction du 1o relief, de la position de l'observateur et du type de véhicule sur lequel se trouve l'observateur.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple de mise en oeuvre, illustré par le dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est un exemple de triangulation contrainte de Delaunay, pouvant être mise en oeuvre par la présente invention, - la figure 2 est un diagramme montrant l'évolution de l'erreur de triangulation d'une surface en fonction du nombre de points choisis pour la représenter, - la figure 3 est un schéma explicatif montrant l'effet de l'insertion d'un point significatif sur l'erreur de triangulation, - la figure 4 est un schéma simplifié de l'architecture logicielle d'un processeur graphique mettant en oeuvre le procédé de l'invention, - la figure 5 est une vue explicative simplifiée en perspective définissant le critère d'erreur angulaire utilisé par la présente invention, et - la figure 6 est un exemple simplifié expliquant le basculement d'un niveau de détail N à un niveau de détail N+1, conformément à
l'invention.
La présente invention, pour réaliser un modèle de terrain, met en 3o oeuvre une technique de maillage basée sur la triangulation de Delaunay, et plus précisément la triangulation contrainte de Delaunay, schématiquement = illustrée en figure 1. Les points P définissant les noeuds du maillage peuvent être arbitrairement distribués dans le plan de la région 1 traitée.
= Cette région 1 est une des zones du terrain. Dans l'exemple de la figure 1, cette zone est simplement un rectangle. 5 selected field, preferably a Delaunay type mesh, and apply a texture on the polygons resulting from the mesh.
According to one aspect of the method of the invention, it is locally adjusted the accuracy of the terrain representation by adding or removing points in the mesh, the selection of these points being made according to the 1o relief, the position of the observer and the type of vehicle on which himself find the observer.
The present invention will be better understood on reading the detailed description of an example of implementation, illustrated by the drawing annexed, on which:
FIG. 1 is an example of a constrained triangulation of Delaunay, which can be implemented by the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the evolution of the error of triangulation of a surface according to the number of points chosen for the represent, FIG. 3 is an explanatory diagram showing the effect of the insertion a significant point on the triangulation error, FIG. 4 is a simplified diagram of the software architecture a graphics processor implementing the method of the invention, FIG. 5 is a simplified explanatory view in perspective defining the angular error criterion used by the present invention, and FIG. 6 is a simplified example explaining the switchover from a level of detail N to a level of detail N + 1, in accordance with the invention.
The present invention, for realizing a terrain model, 3o works a mesh technique based on the Delaunay triangulation, and more precisely the constrained triangulation of Delaunay, schematically = illustrated in figure 1. The points P defining the nodes of the mesh can be arbitrarily distributed in the plan of the treated region 1.
= This region 1 is one of the areas of the field. In the example of Figure 1, this area is simply a rectangle.

6 Cette technique de maillage présente de nombreux avantages. En premier lieu, la simplicité des objets traités (triangles) permet de les traiter en temps réel. Ceci est dû en particulier au fait que la majorité des algorithmes de visualisation et de manipulation géométrique sont simplifiés et accélérés grâce à l'utilisation exclusive de triangles. De plus, pour un ensemble de points donné (points d'un relevé altimétrique), la triangulation de Delaunay correspondante est unique, ce qui permet de traiter ces points dans n'importe quel ordre. La propriété remarquable de la triangulation de Delaunay est de générer des triangles qui sont le plus équilatéraux possible.
lo Cette propriété est très avantageuse en synthèse d'images pour laquelle elle diminue les problèmes d'aliassage et de précision numérique.
La triangulation de Delaunay permet de rajouter ou de supprimer un point d'un ensemble déjà triangulé sans avoir à recalculer tous les points, du fait de l'influence uniquement locale d'un tel point. Une telle manipulation interactive favorise également la modification en temps réel d'un terrain visualisé.
La triangulation de Delaunay contrainte garantit l'existence de certaines arêtes dans le maillage, ce qui permet de respecter la géométrie des objets intégrés dans le terrain (routes, lignes de chemin de fer, constructions, ... ).
Outre la triangulation, la présente invention met en oeuvre le filtrage des surfaces de terrain visualisées. Ce filtrage permet d'éliminer les points les moins significatifs de cette surface, ce qui permet de simplifier le traitement de la zone géographique à visualiser. La triangulation effectuée ensuite sur les points restants de cette surface correspond au niveau de détail le plus fin de la base de données qui fournit ces points.
Le filtrage consiste à affiner par un processus itératif la triangulation du terrain. Pour chaque point P, on calcule la distance entre ce point et le point Q qui est le projeté de P sur la triangulation courante.
Cette 3o distance correspond, localement, à l'erreur existant entre la surface du terrain approximé (résultant de la triangulation courante) et la surface du terrain réel. Après avoir calculé ainsi les erreurs relatives aux différents points, on sélectionne le point d'erreur maximale, et on l'insère dans la triangulation courante. On répète cette étape jusqu'à ce que l'erreur maximale des points de la zone considérée soit inférieure à un seuil que l'on 6 This mesh technique has many advantages. In first, the simplicity of the objects treated (triangles) makes it possible treat in real time. This is due in particular to the fact that the majority of Visualization algorithms and geometric manipulation are simplified and accelerated through the exclusive use of triangles. In addition, for a set of points given (points of an altimetric survey), triangulation corresponding Delaunay is unique, which makes it possible to treat these points in any order. The remarkable property of the triangulation of Delaunay is to generate triangles that are as equilateral as possible.
This property is very advantageous in image synthesis for which it reduces the problems of aliassage and numerical precision.
The Delaunay triangulation makes it possible to add or remove a point of an already triangulated set without having to recalculate all the points, because of the only local influence of such a point. Such a handling interactive also promotes real-time editing of a terrain previewed.
The constrained Delaunay triangulation guarantees the existence of certain edges in the mesh, which makes it possible to respect the geometry objects embedded in the field (roads, railway lines, constructions, ...).
In addition to triangulation, the present invention implements the filtering the visualized terrain surfaces. This filtering eliminates the least significant points of this surface, which makes it possible to simplify the treatment of the geographical area to be visualized. Triangulation carried out then on the remaining points of that area corresponds to the level of the finer detail of the database that provides these points.
Filtering consists in refining by an iterative process the triangulation of the ground. For each point P, we calculate the distance between this point and the point Q which is the projected of P on the current triangulation.
This 3o distance corresponds, locally, to the error existing between the surface of the approximated terrain (resulting from the current triangulation) and the surface of the real ground. After having thus calculated the errors relating to the different points, select the maximum error point, and insert it into the current triangulation. This step is repeated until the error maximum of the points of the zone considered is less than a threshold that one

7 se fixe en fonction du réalisme désiré de l'affichage et compte tenu de la puissance de calcul nécessaire pour franchir ce seuil pour divers types de terrains.
La courbe de la figure 2 montre l'évolution de l'erreur (correspondant à la distance PQ telle que définie ci-dessus) en fonction du nombre de points définissant une zone donnée. La terrain n'étant pas, en général, une surface convexe, l'insertion d'un point dans la triangulation courante peut avoir pour effet d'augmenter l'erreur au lieu de la diminuer.
Ainsi, par exemple comme représenté en figure 3A, on suppose lo que le long d'une section de terrain accidenté on dispose au départ de quatre points P1, P2, P3 et P4. L'approximation initiale est le segment P1-P2. Le point qui est ensuite inséré est celui dont la distance au segment P1-P2 est la plus grande. Supposons qu'il s'agisse de P3. On constate alors que la nouvelle erreur de P4 (distance de P4 au segment P3-P2) peut être supérieure à la distance D' entre P3 et son projeté 03 sur le segment P 1-P2.
En général, on constate qu'après plusieurs insertions consécutives, l'erreur finit par descendre au-dessous de la valeur (D' dans l'exemple de la figure 3A) qu'elle avait lors de l'insertion du premier point (P3 pour l'exemple considéré). Dans la pratique, on répète cette étape d'insertion jusqu'à ce 2o que l'erreur maximale devienne inférieure à un seuil que l'on se fixe. Dans le diagramme de la figure 2, on a supprimé les pics temporaires dus à
l'insertion de points (tels que P4) correspondant à des reliefs présentant une courbure inverse de la courbure courante. Ainsi, on constate d'après cette figure 2 une diminution quasi exponentielle de l'erreur maximale dès que le nombre de points définissant une zone donnée (de dimensions de l'ordre de 100 km2) dépasse le millier. Il est donc facile, pour un type de relief donné
(peu accidenté, moyennement montagneux, très montagneux...) d'effectuer des essais pour obtenir une courbe telle que celle de la figure 2, et d'optimiser le rapport entre l'exactitude de la représentation du terrain et le nombre de points nécessaires à une représentation fidèle du terrain, sans surcharger inutilement le processeur de calcul graphique ou "moteur graphique" (au-delà d'un certain nombre de points, le gain en précision devient dérisoire au vu de l'augmentation du nombre de calculs).
A partir des principes ci-dessus, l'invention consiste à modifier en temps réel la base de données de manière à n'envoyer au moteur graphique 7 is fixed according to the desired realism of the display and taking into account the computing power required to cross this threshold for various types of courses.
The curve of Figure 2 shows the evolution of the error (corresponding to the distance PQ as defined above) according to the number of points defining a given area. Since the land is not, in general, a convex surface, the insertion of a point in the triangulation current may have the effect of increasing the error instead of decreasing it.
Thus, for example as shown in FIG. 3A, it is assumed lo that along a section of rough terrain is available at the beginning of four points P1, P2, P3 and P4. The initial approximation is the P1-P2. The point that is then inserted is the one whose distance to the P1-P2 is the largest. Suppose it is P3. We then see that the new error of P4 (distance from P4 to segment P3-P2) can be greater than the distance D 'between P3 and its projected 03 on the segment P1-P2.
In general, we notice that after several consecutive insertions, the error ends up falling below the value (D 'in the example of the figure 3A) that she had when inserting the first point (P3 for the example considered). In practice, this insertion step is repeated until 2o that the maximum error becomes lower than a threshold that we set. In the diagram in Figure 2, the temporary peaks due to insertion of points (such as P4) corresponding to reliefs presenting a inverse curvature of the current curvature. So, we see from this figure 2 an almost exponential decrease in the maximum error as soon as the number of points defining a given area (of dimensions of the order of 100 km2) exceeds one thousand. It is therefore easy for a given type of relief (little rugged, moderately mountainous, very mountainous ...) to perform tests to obtain a curve such as that of FIG. 2, and optimize the relationship between the accuracy of the terrain representation and the number of points necessary for a faithful representation of the terrain, without unnecessarily overload the graphics processor or "engine graph "(beyond a certain number of points, the gain in precision becomes derisory given the increase in the number of calculations).
From the above principles, the invention consists in modifying in real time the database so as to only send to the graphics engine

8 que les polygones caractéristiques du point de vue de l'observateur. La précision du terrain est ajustée localement par ajout et suppression de points dans le maillage courant. La sélection des points à insérer et à
supprimer tient compte du relief (en particulier pour bien respecter les lignes de crête, qui sont un élément important du paysage pour un pilote d'hélicoptère ou d'avion), de la position de l'observateur et du type de mobile (char, avion, hélicoptère...).
Le schéma de la figure 4 représente de façon simplifiée les deux couches logicielles principales 2, 3 du moteur graphique mettant en oeuvre lo le procédé de l'invention. La couche 2 est celle qui est chargée de la triangulation de Delaunay, effectuée en mode asynchrone. Elle effectue, entre autres, la régulation de charge du processeur (optimisation du traitement des paquets de données transitant en mode asynchrone), le calcul du niveau de détail et la régénération de la base de données (après modification locale de la description du terrain) au format du processeur hôte.
La couche 3 est la tâche graphique proprement dite, qui rafraîchit l'écran à une cadence de, par exemple, 30 Hz. Cette tâche effectue essentiellement la prétroncature des régions (pour n'avoir à afficher que les 2o régions visibles par l'utilisateur), l'affichage, et la transition entre deux niveaux de détail.
La coopération entre les deux couches logicielles 2 et 3 se passe de la façon suivante. On suppose que le système graphique affiche des scènes que doit voir un observateur se trouvant dans un simulateur de véhicule mobile à un instant donné. La tâche graphique 3 envoie à
intervalles de temps réguliers (par exemple à la cadence de 30 Hz, comme précisé ci-dessus), les polygones maillés en Delaunay à afficher (en fonction du déplacement dudit véhicule). Ces polygones correspondent au niveau de détail courant qui est affiché. De manière asynchrone, la tâche 3o Delaunay 2 recalcule le niveau de détail approprié, afin de tenir compte du changement de position de l'observateur par rapport à la région affichée.
Les points alors devenus pertinents (visibles par l'observateur et nécessaires à la définition réaliste du paysage, c'est-à-dire pas trop éloignés de l'observateur) sont insérés dans le maillage Delaunay. Les points devenus inutiles sont supprimés. Le procédé de sélection de ces points est 8 than the characteristic polygons from the point of view of the observer. The accuracy of the terrain is adjusted locally by adding and removing points in the current mesh. The selection of points to be inserted and delete takes into account the relief (in particular to respect the lines of crest, which are an important part of the landscape for a pilot helicopter or airplane), the position of the observer and the type of mobile (tank, plane, helicopter ...).
The diagram of FIG. 4 is a simplified representation of the two main software layers 2, 3 of the graphics engine implementing lo the process of the invention. Layer 2 is the one that is responsible for Delaunay triangulation, performed in asynchronous mode. She performs, among other things, the charge regulation of the processor (optimization of processing of data packets transiting in asynchronous mode), the calculation of the level of detail and regeneration of the database (after local modification of the field description) in processor format host.
Layer 3 is the graphic task itself, which refreshes the screen at a rate of, for example, 30 Hz. This task performs essentially the pretreatment of the regions (to have to display only the 2o regions visible to the user), the display, and the transition between two levels of detail.
The cooperation between the two software layers 2 and 3 is happening as follows. It is assumed that the graphics system displays scenes to be seen by an observer in a simulator of mobile vehicle at a given moment. Graphic task 3 sends to regular time intervals (for example at the rate of 30 Hz, as specified above), Delaunay mesh polygons to be displayed (in function of the displacement of said vehicle). These polygons correspond to current level of detail that is displayed. Asynchronously, the task 3o Delaunay 2 recalculates the appropriate level of detail to take into account the change of position of the observer relative to the displayed region.
The points then become relevant (visible to the observer and necessary to the realistic definition of the landscape, that is to say not too distant of the observer) are inserted in the Delaunay mesh. Dots become useless are deleted. The process of selecting these points is

9 expliqué plus en détail ci-dessous. Dès que le nouveau maillage est calculé, il se substitue à l'ancien par basculement (marqué "flip-flop" en figure 4).
A chaque requête de changement de niveau de détail transmise par la couche 3, le processeur graphique recalcule la pertinence des points issus de la base de données. Dans le cas d'un observateur pouvant se retourner très rapidement (pilote d'hélicoptère ou de char), toutes les régions de terrain de la base de données locale sont traitées. Dans le cas contraire (pilote d'avion civil, ...), seules les régions relatives au cap du véhicule sont recalculées. On peut ainsi diminuer le nombre de régions à
lo traiter. La sélection des points à insérer ou à supprimer dans un maillage se fait en respectant les trois critères suivants :
1 ) critère de déterminisme. La triangulation obtenue pour une position d'observateur donnée doit toujours être la même, quel qu'ait été le chemin suivi par cet observateur pour arriver à cette position. En d'autres termes, le calcul de la pertinence d'un point doit être indépendant des calculs précédents.
2 ) critère de continuité d'aspect des régions. Si un point est inséré ou supprimé sur un bord de région, il doit aussi être inséré ou supprimé pour la région voisine. De cette façon, on garantit le raccordement géométrique entre régions voisines.
3 ) critère de respect du relief. Les points caractéristiques du terrain doivent être conservés.
Selon l'invention, le calcul de la pertinence d'un point Pn d'un maillage (c'est-à-dire la détermination de la nécessité de garder ce point ou de le supprimer lors d'un changement de niveau de détail) se fait de la faon suivante.
Soient O le point de l'espace où est situé l'observateur, et Qn la projection verticale (selon la verticale locale) de Pn sur la triangulation Pm ne contenant pas le point Pn. La variable déterminant la pertinence du point 3o Pn est l'angle Ea formé par les demi-droites OPn et OQn (voir figure 5).
Cet angle Ea peut être appelé erreur angulaire (correspondant à la suppression de Pn).
Pour satisfaire le premier critère cité ci-dessus, il est important que l'évaluation de l'angle Ea fournisse toujours la même valeur pour une position courante donnée du point, car autrement, la triangulation serait non déterministe. Un phénomène d'instabilité serait même produit si le calcul de Ea dépendait des points voisins, car alors l'insertion d'un point affecterait les erreurs angulaires des points voisins, ce qui pourrait entraîner une boucle infinie d'insertions et de suppressions de points. De plus, les points 5 frontières entre deux régions adjacentes ne seraient pas insérés ou supprimés en même temps parce que leurs erreurs angulaires seraient différentes, et il y aurait non respect du critère 2 ci-dessus.
Pour toutes ces raisons, lors du calcul de Ea, la distance Dn entre Pn et Qn n'est pas calculée en projetant Pn sur la triangulation courante ne 1o contenant pas Pn. En fait, cette distance devient constante et est précalculée de la façon exposée ci-dessus en référence aux figures 3A à
3C. Lors de la simulation visuelle, cette erreur d'élévation est transformée en une erreur angulaire par rapport à l'observateur. Si l'erreur angulaire ainsi calculée est supérieure à une valeur de seuil Eseuil, le point Pn est i5 inséré, sinon il est supprimé.
La tâche graphique 3 commande la commutation du niveau de détail, c'est-à-dire la commutation entre une scène antérieure à une opération d'insertion/suppression de points due à un changement de position de l'observateur, et une scène juste postérieure à cette opération.
On a représenté, de façon simplifiée, sur la figure 6, qui est une vue de dessus, le processus de basculement d'un niveau de détail N à un niveau N+1. Pour éviter que la transition entre les triangulations correspondant à
ces niveaux de détail ne produise un artefact visuel dénommé "popping", mais soit pratiquement invisible, ou en tout cas pour qu'elle ne soit pas gênante, on procède à un "morphing", technique d'interpolation bien connue en soi. La triangulation intermédiaire de morphing est affichée pendant tout le temps que dure l'opération de morphing (pour éviter d'avoir un saut brutal entre les niveaux de détail de départ et d'arrivée). Cette triangulation intermédiaire est calculée en conservant les points des triangulations des 3o deux niveaux de détail, en y ajoutant les éventuels points d'intersection.
Dans l'exemple simplifié de la figure 6, on a représenté à gauche trois triangles non coplanaires adjacents faisant partie du niveau de détail N, formant ensemble une surface gauche à contour pentagonal a, b, c, d, e, dont les arêtes communes chacune à deux triangles sont be et bd. Sur la droite de la figure, on a représenté le niveau de détail N + 1 (on peut tout WO 97/17677 PCT/FR96/6i716 aussi bien parier du niveau N-1), dont la surface gauche a le même contour pentagonai a, b, c, d, e que dans le niveau de détail N, mais comportant un sommet f qui, en vue de dessus est situé sensiblement au centre du contour pentagonal. Ce sommet f est relié par cinq arêtes aux cinq sommets respectifs du pentagone. On a représenté au milieu de la figure 6 la triangulation intermédiaire.
Pour assurer une transition pratiquement invisible entre les niveaux de détail N et N+1, on impose dans la triangulation de départ trois nouveaux points (voir représentation au milieu de la figure 6) :
- i1 sur l'arête be (sur la verticale passant par be et af) - i2 sur l'arête bd (sur la verticale passant par bd et cf) - f sur la face bde (sur la verticale passant par la position finale de f).
Ensuite, ces trois points sont progressivement déplacés (opération de "morphing") jusqu'à ce que :
- i1 soit sur l'arête af - i2 soit sur l'arête fc - f atteigne sa position de référence.
Lorsque les positions finales de ces trois points sont atteintes, l'opération de morphing est terminée et la nouvelle triangulation du niveau de détail N + 1 est affichée (c'est-à-dire la surface triangulaire de droite de la figure 6).
La vitesse d'élévation d'un point dépend de plusieurs facteurs, en particulier d'au moins l'un des facteurs suivants :
- de sa visibilité par l'observateur. Ainsi, un point qui ne se trouve pas dans le champ visuel instantané de l'observateur est élevé immédiatement.
- de la vitesse de déplacement de l'observateur. Ainsi, lorsqu'il est immobile, l'élévation des points est gelée.
- de la distance du point à l'observateur. A altitude égale, plus le point est éloigné de l'observateur, plus il monte vite.
Grâce à ces caractéristiques du procédé de l'invention, on obtient une commutation rapide des niveaux de détail consécutifs avec la meilleure fluidité possible de, transition entre images.
= Les autres avantages du procédé de l'invention sont :

- une réduction du volume de la base de données sans perte de qualité
d'image. Le système de visualisation est capable de calculer une image de rendu égal à celui obtenu par les procédés de l'art antérieur avec beaucoup moins de polygones : en moyenne, on peut éliminer 2/3 des facettes sans dégrader l'image.
- automatisation de la gestion de charge du processeur graphique. Il adapte la base de données aux performances du matériel par simple réglage d'un paramètre (Erreur angulaire de seuil). Il permet donc d'obtenir le meilleur réalisme possible pour l'affichage des scènes compte tenu des possibilités lo du système graphique et de visualisation.
- II simplifie la génération de la base de données : le pré-calcul des niveaux de détail devient inutile (le niveau de détail approprié est généré directement par la couche 2 de triangulation), ce qui diminue corrélativement le prix de revient des moyens de production de la base de données.
- Il permet la modification en temps réel de la représentation du terrain, en particulier afin de pouvoir l'adapter à des scénarios de simulation exigeants, ou à des besoins nouveaux, telle la simulation distribuée interactive. 9 explained in more detail below. As soon as the new mesh is calculated, it replaces the former by tilting (marked "flip-flop" in Figure 4).
At each request of change of level of detail transmitted by layer 3, the graphics processor recalculates the relevance of the points from the database. In the case of an observer who can return very quickly (helicopter or tank pilot), all Terrain regions of the local database are processed. In the case contrary (civil aircraft pilot, ...), only the regions relating to the Cape of vehicle are recalculated. We can thus reduce the number of regions to lo treat. Selecting points to insert or delete in a mesh himself done in accordance with the following three criteria:
1) determinism criterion. The triangulation obtained for a given observer position must always be the same regardless of the path followed by this observer to arrive at this position. In others In other words, the calculation of the relevance of a point must be independent of previous calculations.
2) criterion of continuity of aspect of the regions. If a point is inserted or deleted on a region edge, it must also be inserted or deleted for the neighboring region. In this way, the connection is guaranteed geometrical between neighboring regions.
3) criterion of respect of relief. The characteristic points of the field must be preserved.
According to the invention, calculating the relevance of a point Pn of a mesh (ie the determination of the need to keep this point or to delete it when changing the level of detail) is done the way next.
Let O be the point of the space where the observer is located, and Qn la vertical projection (according to the local vertical) of Pn on the triangulation Pm not containing the point Pn. The variable determining the relevance of the point 3o Pn is the angle Ea formed by the half-lines OPn and OQn (see Figure 5).
This angle Ea can be called angular error (corresponding to the deletion of Pn).
To satisfy the first criterion mentioned above, it is important that the evaluation of the angle Ea always provides the same value for a given current position of the point, because otherwise the triangulation would be no deterministic. A phenomenon of instability would even be produced if the calculation of Ea depended on neighboring points, because then the insertion of a point would affect the angular errors of neighboring points, which could lead to a loop infinite insertions and deletions of points. In addition, the points 5 boundaries between two adjacent regions would not be inserted or deleted at the same time because their angular errors would be different, and there is a breach of criterion 2 above.
For all these reasons, when calculating Ea, the distance Dn between Pn and Qn is not calculated by projecting Pn on the current triangulation 1o not containing Pn. In fact, this distance becomes constant and is precalculated as discussed above with reference to FIGS.
3C. During visual simulation, this elevation error is transformed in an angular error with respect to the observer. If the angular error thus calculated is greater than a threshold value Eseuil, the point Pn is i5 inserted, otherwise it is deleted.
Graphic task 3 controls the switching of the level of detail, that is to say the switching between a scene prior to a insertion / deletion of points due to a change of position of the observer, and a scene just after this operation.
In a simplified manner, FIG. 6 shows a view of above, the process of switching from a level of detail N to a level N + 1. To prevent the transition between triangulations corresponding to these levels of detail only produce a visual artifact called "popping", but is practically invisible, or at least not to be embarrassing, we proceed to a "morphing" technique well known interpolation in itself. The intermediate morphing triangulation is displayed during all the duration of the morphing operation (to avoid having a sudden jump between the levels of detail of departure and arrival). This triangulation intermediate is calculated by keeping the points of the triangulations of the 3o two levels of detail, adding any points of intersection.
In the simplified example of Figure 6, there is shown to the left three adjacent non-coplanar triangles as part of the level of detail NOT, together forming a left surface with a pentagonal contour a, b, c, d, e, whose common edges each with two triangles are be and bd. On the right of the figure, the level of detail N + 1 is represented (we can as well bet of level N-1), whose left surface has the same outline pentagonai a, b, c, d, e only in the level of detail N, but with a vertex f which, when viewed from above, is located substantially in the center of the contour pentagonal. This vertex f is connected by five ridges to the five vertices pentagon. In the middle of FIG.
intermediate triangulation.
To ensure a virtually invisible transition between levels of detail N and N + 1, we impose in the starting triangulation three new points (see representation in the middle of figure 6):
- i1 on the be edge (on the vertical passing through be and af) - i2 on the edge bd (on the vertical passing by bd and cf) - f on the bde face (on the vertical passing through the final position of f).
Then these three points are gradually moved ("morphing" operation) until:
- i1 be on the edge af i2 on the edge fc - f reaches its reference position.
When the final positions of these three points are reached, the morphing operation is complete and the new level triangulation N + 1 is displayed (that is, the right triangular surface of Figure 6).
The speed of elevation of a point depends on several factors, in particular of at least one of the following factors:
- its visibility by the observer. So, a point that is not found in the instantaneous field of view of the observer is elevated immediately.
- the speed of movement of the observer. So when he is motionless, the elevation of the points is frozen.
- the distance from the point to the observer. At equal altitude, the more the point is far from the observer, the faster he climbs.
Thanks to these characteristics of the process of the invention, we obtain fast switching of consecutive levels of detail with the best possible fluidity of, transition between images.
The other advantages of the method of the invention are:

- a reduction in the volume of the database without loss of quality image. The visualization system is able to calculate an image of rendered equal to that obtained by the methods of the prior art with much fewer polygons: on average, 2/3 of the facets can be removed without degrade the image.
- automation of the load management of the graphics processor. He adapts the database to hardware performance by simply setting a parameter (Angular threshold error). It allows to obtain the best realism possible for the display of scenes given the possibilities lo of the graphic system and visualization.
- II simplifies the database generation: the pre-calculation levels of detail becomes unnecessary (the appropriate level of detail is directly generated by the triangulation layer 2), which decreases correlatively the cost price of the means of production of the base of data.
- It allows the modification in real time of the representation of the especially in order to be able to adapt it to scenarios of simulation demanding, or new needs, such as distributed simulation interactive.

Claims

1. Method for dynamic generation of synthetic images at a level automatic retail, whereby a database is thus a file containing topographic data relating to visualize, and eliminates the least significant data, characterized in this real-time calculation of points to be displayed according to a level of detail required, which is itself a function of an observer's position, of lines of crest of the terrain to be visualized, a distance of visibility and the level of detail required, that a subset of points from the database be selected defining a portion of each lot of which a level of detail has changed, than an irregular mesh of the selected portion of land is made, and that we applies a texture to polygons resulting from the mesh.

2. The process according to claim 1, characterized in that the mesh is of the Delaunay type.

3. The process according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the level of detail required is determined according to a maximum allowed angular error as seen by the observer.

4. The process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a transition between successive levels of detail occurs at the rate of refresh of the display screen of synthetic images.

5. The method according to claim 4, characterized in that speed of raising or lowering an inserted or deleted point is variable.

6. The process according to claim 5, characterized in that said speed is a function of at least one of: i) its visibility by the observer, (ii) the speed of movement of the observer, and iii) the distance from the point to the observer.

7. The process according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the transition between successive levels of detail is by smooth transition.